Bài tập lớn hệ thống cung cấp điện THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG SỬA CHỮA CƠ KHÍ Đại học công nghiệp Hà Nội

Bài tập lớn hệ thống cung cấp điện THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG SỬA CHỮA CƠ KHÍ Đại học công nghiệp Hà Nội Ngày nay, trong xu thế hội nhập, quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước đang diễn ra một cách mạnh mẽ. Trong quá trình phát triển đó, điện năng đóng vai trò rất quan trọng. Nó là một dạng năng lượng đặc biệt, có rất nhiều ưu điểm như: dễ chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác( như cơ năng, hóa năng, nhiệt năng…), dễ dàng truyền tải và phân phối… Do đó ngày nay điện năng được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực của đời sống, Cùng với xu hướng phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, đời sống xã hội ngày càng được nâng cao, nhu cầu sử dụng điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ,… tăng lên không ngừng. Để đảm bảo những nhu cầu to lớn đó, chúng ta phải có một hệ thống cung cấp điện an toàn và tin cậy. Với: “Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng cơ khí”, sau một thời gian làm đồ án, dưới sự hướng dẫn của thầy xxxx và tài liệu tham khảo. Đến nay, về cơ bản em đã hoàn thành nội dung đồ án môn học này. Do trình độ và thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được sự chỉ bảo, châm chước, giúp đỡ của các thầy cô để bài làm này của em được hoàn thiện hơn. Đồng thời giúp em nâng cao trình độ chuyên môn, đáp ứng nhiệm vụ công tác sau này. Em xin chân thành cảm ơn

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, trong xu thế hội nhập, quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nướcđang diễn ra một cách mạnh mẽ Trong quá trình phát triển đó, điện năng đóng vaitrò rất quan trọng Nó là một dạng năng lượng đặc biệt, có rất nhiều ưu điểm như:

dễ chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác( như cơ năng, hóa năng, nhiệtnăng…), dễ dàng truyền tải và phân phối… Do đó ngày nay điện năng được sửdụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực của đời sống, Cùng với xu hướng pháttriển mạnh mẽ của nền kinh tế, đời sống xã hội ngày càng được nâng cao, nhu cầu

sử dụng điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ,… tănglên không ngừng Để đảm bảo những nhu cầu to lớn đó, chúng ta phải có một hệthống cung cấp điện an toàn và tin cậy

Với: “Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng cơ khí”, sau một thời gian làm

đồ án, dưới sự hướng dẫn của thầy Hoàng Mai Quyền và tài liệu tham khảo.

Đến nay, về cơ bản em đã hoàn thành nội dung đồ án môn học này Do trình độ và thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được sự

chỉ bảo, châm chước, giúp đỡ của các thầy cô để bài làm này của em được hoàn

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG SỬA CHỮA

CƠ KHÍ

ĐỀ TÀI 7

A.Dữ liệu phục vụ thiết kế:

- Mặt bằng bố chí của phân xưởng:

-Kí hiệu và công suất đặt thiết bị trong nhà xưởng:

Số hiệu trên Tên thiết bị Hệ số Ksd Cosφ Công suất đặt P, kW

0.53 0.69 20.6; 24.7; 33; 37.1

Công suất đặt đã tính theo công thức P*i ( i= 2+72/800 )

Nguồn cấp cho nhà xưởng lấy từ đường dây 22kV cách nhà xưởng 200m

Điện trở suất của vùng đất xây dựng nhà xưởng đo được ở mùa khô là ρdd=100Ωmm

1

lý cùng sự bố trí chiếu sáng vừa đảm bảo tính kinh tế và mỹ quan hoàn cảnh Thiết

kế chiếu sáng phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Phải tạo ra được ánh sáng giống ánh sáng ban ngày

Các hệ thống chiếu sáng bao gồm chiếu sáng chung, chiếu sáng cục bộ và chiếu

sáng kết hợp ( kết hợp giữa cục bộ và chung ) Do yêu cầu thị giác cần phải làm

việc chính xác, nơi mà các thiết bị cần chiếu sáng mặt phẳng nghiêng và không

tạo ra các bóng tối sâu thiết kế cho phân xưởng thường sử dụng hệ thống chiếu

sáng kết hợp

Chọn loại bóng đèn chiếu sáng: gồm 2 loại: bóng đèn sợi đốt và bóng đèn huỳnh

quang Các phân xưởng thường ít dung đèn huỳnh quang vì đèn huỳnh quang có

tần số là 50Hz thường gây ra ảo giác không quay cho các động cơ không đồng bộ, nguy hiểm cho người vận hành máy, dễ gây ra tai nạn lao động Do đó người ta

thường sử dụng đèn sợi đốt cho các phân xưởng sửa chữa cơ khí

Việc bố trí đèn khá đơn giản, thường được bố trí theo các góc của hình vuông

hoặc hình chữ nhật

- Tính phụ tải tính toán:

Pcs = Po.S (kW)

Trong đó

Po = 15W/m2 ( dựa theo bảng 1.9 PL1 trong giáo tình cung cấp điện của trường

đại học công nghiệp Hầ Nội)

S là diện tích phân xưởng → S = 24*36 = 864 m2

→ phụ tải chiếu sáng của phân xưởng:

Pcs = 864*15= 12960 W = 12.96 kW

1.2 Phụ tải thông thoáng và làm mát.

Đối với 1 phân xưởng sản suất bất kì, hệ thống thông thoáng làm mát luôn có

một vai trò quan trọng Nó nhằm giảm nhiệt độ trong phân xưởng do trong quá

trình sản xuất các thiết bị động lực, chiếu sáng và nhiệt độ cơ thể người tỏa ra

làm tăng nhiệt độ phòng Nếu không được trang bị hệ thống thông thoáng và

làm mát sẽ gây ảnh hưởng đến năng suất lao động, sản phẩm, nhất là đến sức

khỏe công nhân làm việc trong phân xưởng

Lưu lượng gió tươi cần cấp vào xưởng là :

Q = m.V (m3/h)

n là tỉ số không đổi không khí (l/h) với phân xưởng cơ khí lấy n=6 (l/h)

V là thể tích của phân xưởng (m3)

V= a.b.hVới a (m), b(m) chiều rộng và chiều dài theo đề bài và h là chiều cao của

phân xưởng ta lấy bằng 5(m)

Thể tích phân xưởng là : V= 24*26*5 = 4320 m3

Lưu lượng gió tươi cần cấp vào xưởng là Q=6*4320= 25920 m3/h

Ta chọn quạt theo bảng số liệu sau:

Vậy ta chọn 8 quạt DLHCV40-PG4SF có lượng gió = 4500m3/hTheo bảng thông số kĩ thuật của quạt hút công nghiệp có:

Số lượn

g

Ksd

Vì phân xưởngcó nhiều thiết bị nằm rải rác ở nhiều khu vực tên mặt bằng phân

xưởng, nên để cho việc tính toán phụ tải được chính xác hơn và làm căn cứ thiết kế

tủ động lực cấp điện cho phân xưởng, ta chia các thiết bị ra từng nhóm nhỏ, đảm

- Các thiết bị điện trong cùng 1 nhóm gần nhau

- Nếu có thể, trong cùng 1 nhóm nên bố trí các máy có cùng chế đọ làm việc

- Công suất các nhóm xấp xỉ bằng nhau

Vì vậy, phân xưởng được phân ra làm 4 nhóm (I, II, III, IV) theo 4 phần của phân

xưởng

dsdasdasd

 Nhóm 1: Bao gồm các phụ tải thuộc phần tư thứ Ⅰ Thuyết minh

Nhóm 2: Bao gồm các phụ tải thuộc phần tư thứ Ⅰ Thuyết minhⅠ Thuyết minh

Số hiệu Tên thiết bị Hệ số Ksd Cosφ Công suất(kW)

- Tổng công suất phụ tải động lực 2: Pdl2= 125.6 kW

- Hệ số công suất của phụ tải động lực 2: Cosφtb2 = 0.68

- Công suất toàn phần Sđl2 = 184.7 kVA

- Công suất phản kháng Qđl2 = 135.4 kVAr

- Iđl2 =280 A

Bao phồm các phụ

phần tư thứ III

Hệ

số Tên thiết bị Hệ sốksd Cosφ Công suất(kW)

Tính toán tương tự như nhóm 1 ta có kết quả sau:

- Hệ số tổng hợp : Ksd∑3= 0.37

- Số lượng hiệu dụng: nhd = 5

- Hệ số nhu cầu Knc∑3 = 0.65

- Tổng công suất phụ tải động lực 3: Pdl3= 56 kW

- Hệ số công suất của phụ tải động lực 3: Cosφtb3 = 0.64

- Công suất toàn phần Sđl3 = 87.5 kVA

- Công suất phản kháng Qđl3 = 67.2 kVAr

- Tổng công suất phụ tải động lực 4: Pdl4= 117.8 kW

- Công suất phản kháng Qđl4 = 130.5 kVAr

1.4 Tổng hợp phụ tải toàn phân xưởng.

Công suất tác dụng toàn phân xưởng:

ta sẽ có số liệu tính toán toàn phân xưởng là:

2 Xác định sơ đồ cấp điện của phân xưởng.

2.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng

Việc chọn vị trí của trạm biến áp trong một xí nghiệp cân phải tiến hành so sánhkinh tế - kỹ thuật Muốn tiến hành so sánh kinh tế - kỹ thuật cân phải sợ bộ xác

định phương án cung cấp điện trong nội bộ xí nghiệp Trên cơ sở các phương án đãđược chấp thuận mới có thể tiến hành so sánh kinh tế - kỹ thuật để chọn vị trí sốlượng trạm biến áp trong xí nghiệp.

Vị trí của trạm biến áp cần phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản:

- An toàn và liên tục cấp điện

- Gần trung tâm phụ tải, thuận tiện cho nguồn cung cấp đi tới

- Thao tác, vận hành, quản lý dễ dàng

- Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành nhỏ

- Bảo đảm các điều kiện khác như cảnh quan môi trường, có khả năng điều

chỉnh cải tạo thích hợp, đáp ứng được khi khẩn cấp,

- Tổng tổn thất công suất trên các đường dây là nhỏ nhất

Vị trí trạm biến áp thường được đặt ở liền kề, bên ngoài hoặc ở bên trong phân

xưởng Trạm biến áp đặt ở bên ngoài phân xưởng, hay còn gọi là trạm độc lập,

được dùng khi trạm cung cấp cho nhiều phân xưởng, khi cần tránh các nơi, bụi

bặm có khí ăn mòn hoặc rung động; hoặc khi không tìm được vị trí thích hợp bên

trong hoặc cạnh phân xưởng

Trạm xây dựng liền kề được dùng phổ biến hơn cả vì tiết kiệm về xây dựng và ít

ảnh hưởng tới các công trình khác

Trạm xây dựng bên trong được dùng khi phân xưởng rộng có phụ tải lớn Khi sử

dụng trạm này cần đảm bảo tốt điều kiện phòng nổ, phòng cháy cho trạm

Đối với phân xưởng sửa chữa cơ khí ta chọn phương án Xây dựng trạm biến áp liền

kề với phân xưởng Gần tâm phụ tải phía trái phân xưởng, khoảng cách từ trạm tới

phân xưởng là L= 73,6 m.

2.2 Các phương án cấp điện cho phân xưởng.

2.2.1 Sơ bộ chọn phương án.

Mỗi một nhóm thiết bị động lực được cấp điện từ một tủ động lực, đặt gần tâm

phụ tải của nhóm thiết bị (gần nhất có thể) Các tủ động lực, tủ chiếu sáng, tủ cấp

cho mạch thông thoáng làm mát được lấy điện từ tủ hạ thế tổng (THT) đặt ở góc

tường trong phân xưởng, gần tâm phụ tải của toàn phân xưởng Từ đây ta vạch ra

các phương án:

Phương án 1: Mỗi tủ động lực, tủ chiếu sáng, tủ thông thoáng làm mát được cấp

điện bằng một mạch riêng

Phương án 2: Tủ chiếu sáng, tủ thông thoáng làm mát được cấp điện từ các các

mạch riêng, Các tủ động lực, tủ ở xa được cấp điện thông qua tủ ở gần

1) Phương án 1:

 Chọn dây dẫn từ trạm biến áp nguồn, cách L m, tới tủ hạ thế tổng (THT).

Ta có, khoảng cách từ trạm biến áp đến trung tâm phân xưởng (tới tủ hạ thế tổng

I, A

TiếtdiệnF,

mm2

Ftc

mm2

L, m

Q,kVAr

I, A

TiếtdiệnF,

I, A

TiếtdiệnF,

mm2

Ftc

mm2

L, mS,

Q,kVAr

2) Phương án 2:

Tính toán tương tự như phương án 1 ta có các nhóm sau

 Cho nhánh cấp điện tủ động lực 1 (TĐL 2 > TĐL 1 VÀ TĐL 1 – MÁY)

 Cho nhánh cấp điện cho tủ động lực 2 (THT →TĐL2 & TĐL2 –

Dòng

I, A

TiếtdiệnF,

mm2

Ftc

mm2

L, m

Q,kVAr

I, A

TiếtdiệnF,

I, A

TiếtdiệnF,

mm2

Ftc

mm2

L, mS,

Q,kVAr

Tủ chiếu sáng, tủ thông thoáng làm mát được cấp điện từ các các mạch riêng Các

tủ động lực, tủ ở xa được cấp điện thông qua tủ ở gần: các tủ ĐL2, ĐL4 được cấp

từ tủ Hệ Thống, các tủ ĐL1, ĐL3 được cấp thông qua tủ ĐL2 và ĐL4

3 Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị điện.

Các thiết bị điện, sứ cách điện và các bộ phận dẫn điện khác của hệ thống điện trongđiều kiện vận hành có thể ở một trong ba chế độ sau:

- Chế độ làm việc lâu dài

- Chế độ làm việc quá tải

- Chế độ chịu dòng điện ngắn mạch,Trong chế độ làm việc lâu dài, các thiết bị điện, sứ cách điện và các bộ phận dẫnđiện khác sẽ làm việc tin cậy nếu chúng được chọn theo đúng điện áp và dòng điệnđịnh mức

Trong chế độ quá tải, dòng điện qua thiết bị điện và các bộ phận dẫn điện khác lớnhơn so với dòng điện định mức Nếu mức quá tải không vượt quá giới hạn chophép thì các thiết bị điện vẫn làm việc tin cậy

Trong tình trạng ngắn mạch, các khí cụ điện, sứ cách điện và các bộ phận dẫn điệnkhác vẫn đảm bảo làm việc tin cậy nếu quá trình lựa chọn chúng có các thong sốtheo đúng điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt Tất nhiên khi xảy ra ngắnmạch, để hạn chế tác hại của nó cần phải nhanh chóng loại trừ tình trạng ngắnmạch

bị điện.

Đối với máy cắt, máy cắt phụ tải và cầu chì, khi lựa chọn còn phải kiểm tra khảnăng cắt của chúng

Tóm lại, việc lựa chọn đúng đắn các thiết bị điện có ý nghĩa quan trọng là đẩm bảo cho

hệ thống cung cấp điện vận hành an toàn tin cậy và kinh tế

Ta tiến hành xác định dòng điện ngắn mạch tại 4 điểm như hình vẽ (điểm N1

tại thanh cái MBA, điểm N2 tại thanh cái THT, N3 tại thanh cái TĐL2 là tủ gần

nhất, có cáp lớn nhất, N4 tại đầu cực động cơ 19 gần nhất của TĐL có dòng

Dòng xung kích Ixk1= Kxk*√2*Ik1= 31.35 kA

Giá trị hiệu dụng dòng xung kích Ixk1 = Qxk * Ik1 = 20.13 kA

Các điểm tính ngắn mạch khác tương tự Ta có bảng sau:

Điểmngắnmạch

Tổn

g trở

Z, Ωm

Dòngngắnmạch(Ik, kA)

Dòngxung Kích(ixk, kA)

Giá trịhiệu dụng(Ixk, kA)

Chọn loại AT có 3 cực có I đmA = 750A

Chọn áp tô mát nhánh cấp cho các tủ động lực, làm mát, chiếu sáng,…

Tính toán ta được bảng sau:

Schneider EZ9F34320 3P

 Chọn thanh cái tổng

Chọn theo điều kiện dòng phát nóng cho phép:

Icp >= S ttpx

k 1∗k 2√3Udm=

490.5 1∗0.93∗√3∗0.38=800 ATrong đó

k1 - Hệ số hiệu chỉnh nếu thanh dẫn đặt đứng k1 = 1

k2 - Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường, k2= 0,93 Icp - Dòng diện

cho phép chạy qua thanh dẫn khi t = 250C

Chọn thanh dẫn bằng đồng hình chữ nhật, có sơn kích thước F = 50*6 =

300mm2 mỗi pha đặt một thanh với Icp = 800A

Trong đó:

UđmA: Điện áp định mứccủa áp tô mát UdmLD:

Điện áp định mức củalưới điện IđmA: Dòng điệnđịnh mức của áp tô mát

Ikd: Dòng điện phụ tải lớn nhất điqua áp tô mát IkA: Dòng điện cắtđịnh mức của áp tô mát

IN: Dòng điện ngắn mạch ổn định

Nhánh Ikd aptomatTên Số cực Idm, A

Vị trí của trạm biến áp cần phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản:

 An toàn và liên tục cấp điện

 Gần trung tâm phụ tải, thuận tiện cho nguồn cung cấp đi tới

 Thao tác, vận hành, quản lý dễ dàng

 Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành nhỏ

 Bảo đảm các điều kiện khác như cảnh quan môi trường, có khả năng điều

chỉnh cải tạo thích hợp, đáp ứng được khi khẩn cấp,

 Tổng tổn thất công suất trên các đường dây là nhỏ nhất

Vị trí trạm biến áp thường được đặt ở liền kề, bên ngoài hoặc ở bên trong phân

xưởng Trạm biến áp đặt ở bên ngoài phân xưởng, hay còn gọi là trạm độc lập,

được dùng khi trạm cung cấp cho nhiều phân xưởng, khi cần tránh các nơi, bụi

bặm có khí ăn mòn hoặc rung động; hoặc khi không tìm được vị trí thích hợp bên

trong hoặc cạnh phân xưởng

Trạm xây dựng liền kề được dùng phổ biến hơn cả vì tiết kiệm về xây dựng và ít

ảnh hưởng tới các công trình khác.

Trạm xây dựng bên trong được dùng khi phân xưởng rộng có phụ tải lớn Khi sử

dụng trạm này cần đảm bảo tốt điều kiện phòng nổ, phòng cháy cho trạm

Đối với phân xưởng sửa chữa cơ khí ta chọn phương án Xây dựng trạm biến áp liền

kề với phân xưởng Gần tâm phụ tải phía trái phân xưởng, khoảng cách từ trạm tới

phân xưởng là L= 73,6 m.

Ta có 3 phương án để lắp đặt máy biến áp

 Phương án 1: 2 máy biến áp

 Phương án 2: Trạm có 1 máy biến áp và 1 máy phát diesel dự phòng

 Phương án 3: Trạm có 1 máy biến áp

Nhận xét :+ Vốn đầu tư ở phương án 2 lớn hơn ở hai phương án kia.

+ Tổn thất ở phương án 1 là lớn nhất

+ Thiệt hại do mất điện ở phương án 3 là lớn nhất

+ Phương án 1 có tổng chi phí quy đổi thấp hơn phương án 2 và 3

+ Phương án 1 có độ tin cậy cung cấp điện cao hơn

+ Mặt khác việc lựa chọn phương án dùng 2 máy biến áp còn có lợi là có thể cắtbớt một máy khi phụ tải quá nhỏ, điều đó tránh cho máy biến áp phải làm việc nontải, do đó giảm được tổn thất và nâng cao chất lượng điện Với cách chọn máybiến áp như thế ở những năm cuối của chu kỳ thiết kế, máy có thể làm việc quá tảitrong một khoảng thời gian nhất định mà không làm ảnh hưởng đến tuổi thọ củamáy

Khi sự cố 1 máy, máy còn lại cho phép quá tải 40% liên tục 6 giờ trong một ngày,

5 ngày trong một tuần

Công suất MBA được lựa chọn thỏa mãn điều kiện:

 SddmB = 300 kVA

Vậy ta chọn phương án 1 với việc sử dụng 2 máy biến áp làm việc song song, mỗi máy

có công suất S = 630 kVA

4 Tính toán bù công suất phản kháng nâng cao

4.1 Ý nghĩa của việc bù công suất phản kháng

Công suất truyền tải và thông số đường dây ảnh hưởng chính tới tổn thất điện áp củalưới điện

Trong khi vận hành phải đảm bảo sao cho sự thay đổi điện áp tại từng vị trí trên lưới sovới định mức nằm trong phạm vi điện áp cho phép

Trong lưới truyền tải điện, chúng ta sử dụng các thiết bị bù (Tụ bù ngang, tụ bù dọc,kháng bù ngang) nhằm mục đích cải thiện điện áp các nút, ngoài ra việc bù công suấtcòn có thêm ý nghĩa:

– Cải thiện tính ổn định của điện áp các nút

– Tăng khả năng tải của đường dây

– Tăng độ dự trữ ổn định của hệ thống

– Giảm tổn thất hệ thống bằng việc phân bố lại công suất phản kháng trong hệ thốngĐây chính là những nguyên lý của tụ bù

4.2 Tính toán bù công suất phản kháng để cos φ mong muốn sau khi bù đạt 0.9

Để bù công suất phản kháng cho hệ thống cung cấp điện có thể sử dụng tụ điệntĩnh, máy bù đồng bộ, động cơ không đồng bộ làm việc ở chế độ quá kích thích …

ở đây ta lựa chọn các bộ tụ tĩnh để làm thiết bị bù cho nhà máy Sử dụng các bộ tụđiện có ưu điểm là tiêu hao ít công suất tác dụng không có phần quay như máy bùđồng bộ nên lắp ráp, bảo quản và vận hành dễ dàng Tụ điện được chế tạo thànhtừng đơn vị nhỏ, vì thế có thể tuỳ theo sự phát triển của các phụ tải trong quá trìnhsản xuất mà chúng ta ghép dần tụ điện vào mạng khiến hiệu suât sử dụng cao vàkhông phải bỏ vốn đầu tư ngay một lúc Tuy nhiên, tụ điện cũng có một số nhượcđiểm nhất định Trong thực tế với các nhà máy, xí nghiệp có công suất không thậtlớn thường dùng tụ điện tĩnh để bù công suất phản kháng nhằm mục đích nâng cao

hệ số công suât

Vị trí đặt các thiết bị bù ảnh hưởng rất nhiều đến hiệu quả bù Các bộ tụ điện bù có thể đặt ở THT, thanh cái cao áp, hạ áp của TBAPX, tại các tủ phân phối, tủ động lực hoặc