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

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy khí địa phương MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .4 CHƯƠNG I XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TỐN CỦA CÁC PHÂN XƯỞNG VÀ TỒN NHÀ MÁY .5 I.Giới thiệu chung nhà máy IICỏc phương pháp xác định phụ tải tính tốn 1.Xác định phụ tải tính tốn theo cơng suất đặt 2.Xác định phụ tải tính tốn theo cơng suất trung bình III.Xỏc định phụ tải tính tốn phân xưởng sửa chữa khí 1.Phõn nhúm cỏc phụ tải 2.Xác định phụ tải tính tốn cho cỏc nhúm phụ tải 10 3.Tớnh toán phụ tải chiếu sáng 14 Phụ tải tính tốn tồn phân xưởng 14 IV Xác định phụ tải tính tốn phân xưởng lại .14 V.Xỏc định phụ tải tính tốn nhà máy 20 VI.Xác định tâm phụ tải điện vẽ biểu đồ 20 1.Biểu đồ phụ tải .20 2.Xác định tâm phụ tải điện 21 CHƯƠNG II THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN CAO ÁP CHO TOÀN NHÀ MÁY 23 I.Chọn cấp điện áp vận hành .23 II Vạch phương án cung cấp điện 23 1.Phương án trạm biến áp phân xưởng 23 1.1.Phương án 1: Đặt trạm biến áp phân xưởng 24 1.2.Phương án 2: Đặt trạm biến áp phân xưởng 27 2.Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng 29 3.Phương án cung cấp điện cho trạm biến áp phân xưởng .30 3.1.Các phương án cung cấp điện cho trạm biến áp phân xưởng 30 3.2.Xác định vị trí đặt trạm biến áp trung gian, trạm phân phối trung tâm .36 III.Tớnh toán kinh tế lựa chọn phương án .36 III.1.Phương án .36 1.Chọn máy biến áp phân xưởng xác định tổn thất điện ΔA trạm biến áp .36 2.Chọn cáp xác định tổn thất công suất, tổn thất điện mạng điện 38 3.Chi phí tính tốn cho phương án .43 III.2.Phương án .43 Sinh viên : Vũ Hải Đông_Lớp HTĐ3_K47 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy khí địa phương 1.Chọn máy biến áp phân xưởng xác định tổn thất điện ΔA trạm biến áp .44 2.Chọn cáp xác định tổn thất công suất, tổn thất điện mạng điện 45 3.Chi phí tính tốn cho phương án .46 III.3.Phương án .48 1.Chọn máy biến áp phân xưởng xác định tổn thất điện ΔA trạm biến áp 49 2.Chọn cáp xác định tổn thất công suất, tổn thất điện mạng điện 49 3.Chi phí tính tốn cho phương án .51 III.4.Phương án .51 1.Chọn máy biến áp phân xưởng xác định tổn thất điện ΔA trạm biến áp .52 2.Chọn cáp xác định tổn thất công suất, tổn thất điện mạng điện 53 3.Chi phí tính tốn cho phương án .54 IV Thiết kế chi tiết cho phương án 56 1.Chọn dây dẫn từ nguồn điện nhà máy .56 2.Trạm phân phối trung tâm 57 3.Trạm biến áp phân xưởng 59 3.1.Chọn dao cách ly 60 3.2.Chọn cầu chì cao áp 60 3.3 Chọn ỏptụmat dẫn cho tủ phân phối hạ áp 61 Tính tốn ngắn mạch kiểm tra thiết bị điện 67 4.1 Tính tốn ngắn mạch phía cao áp 67 4.2.Tớnh tốn ngắn mạch phía hạ áp .70 CHƯƠNG III THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP CHO PHÂN XƯỞNG SỬA CHỮA CƠ KHÍ 78 I.Phương án cấp điện cho trạm biến áp phân xưởng 78 1.Yêu cầu chung 78 2.Lựa chọn phương án 79 II.Lựa chọn thiết bị cho phân xưởng 80 1.Chọn ỏptụmỏt đặt trạm biến áp B5 80 2.Chọn cáp từ trạm biến áp B5 tủ phân phối 80 3.Chọn tủ phân phối 81 Sinh viên : Vũ Hải Đông_Lớp HTĐ3_K47 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy khí địa phương 4.Chọn cáp từ tủ phân phối tới tủ động lực .82 5.Chọn ỏptụmỏt tổng góp cho tủ đơng lực 83 III.Tớnh tốn ngắn mạch phía hạ áp phân xưởng sửa chữa khí 83 1.Các thơng số sơ đồ thay 84 2.Tớnh toán ngắn mạch kiểm tra thiết bị chọn .85 III.Chọn ỏptụmỏt dây dẫn cho thiết bị 90 1.Chọn ỏptụmỏt cáp cho nhóm 91 2.Chọn ỏptụmỏt cáp cho nhóm lại .92 CHƯƠNG IV THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG PHÂN XƯỞNG SỬA CHỮA CƠ KHÍ 96 I.Giới thiệu chung 96 1.Một số hình thức chiếu sáng 96 2.Một số thiết bị dùng cho chiếu sáng 96 3.Yêu cầu dối với hệ thống chiếu sáng 97 4.Phương pháp tính tốn chiếu sáng theo hệ số sử dụng 97 II.Thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng SCCK 98 1.Xác định số lượng, cơng suất bóng đèn 98 2.Thiết kế mạng chiếu sáng 99 CHƯƠNG V.BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO NHÀ MÁY .103 I.í nghĩa việc bù cơng suất phản kháng 103 II.Tớnh toán bự công suất phản kháng để nâng cao cosϕ 104 1.Xác định dung lượng bù .104 2.Chọn thiết bị bù 104 3.Vị trí đặt thiết bị bù 105 4.Phân phối dung lượng bù mạng hình tia 105 III.bự công suất phản kháng cho nhà máy .106 1.Xác định dung lượng lựa chọn thiết bị bù .106 2.Phân bố dung lượng bù cho trạm biến áp phân xưởng 107 CHƯƠNG VI.THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP PHÂN XƯỞNG 111 I.Giới thiệu chung 111 II.Lựa chọn thiết bị cho trạm 111 Sinh viên : Vũ Hải Đông_Lớp HTĐ3_K47 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy khí địa phương 1.Chọn máy biến áp 112 2.Chọn thiết bị cao áp 112 II.Kết cấu trạm biến áp phân xưởng 116 III.Nối đất trạm biến áp 117 CHƯƠNG VII THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY TRUNG ÁP CẤP ĐIỆN CHO NHÀ MÁY 120 I.Cỏc số liệu dây AC-50 phục vụ cho tính toán 120 II.Lựa chọn phần tử đường dây 120 III.Tớnh ứng suất, độ võng kiểm tra khoảng cách an tồn 121 1.Tính ứng suất độ võng 121 2.Kiểm tra khoảng cách an toàn 124 IV.Kiểm tra khả chịu uốn 124 Kiểm tra khả chịu uốn cột trung gian .125 2.Kiểm tra khả chịu uốn cột góc 126 3.Kiểm tra khả chịu uốn cột cuối 126 V.Thiết kế kiểm tra móng, cột 127 Móng cột trung gian 127 2.Móng cột néo .128 3.Kiểm tra móng cột góc cột cuối 130 VI Nối đất cho cột điện 131 TÀI LIỆU THAM KHẢO .132 LỜI NÓI ĐẦU Điện dạng lượng phổ biến có tầm quan trọng khơng thể thiếu ngành kinh tế quốc dân nước Như xác định thống kê khoảng 70% điện sản xuất dùng xí nghiệp nhà máy cơng nghiệp Vấn đề đặt cho sản xuất điện làm để cung cấp điện cho phụ tải điện hiệu tin cậy.Vỡ cung cấp điện cho nhà máy xí nghiệp cơng nghiệp có ý nghĩa to lớn kinh tế quốc dân Trong đồ án tốt nghiệp ta thiết kế hệ thống cấp điện cho nhà máy khí địa phương Nhà mỏy có 10 phân xưởng sản xuất với công suất đặt cỡ khoảng 10MW, yêu cầu điện cho sản xuất nhà máy xếp vào phụ tải loại Nguồn điện cấp cho nhà máy lấy từ đường cao áp 110 kV qua trạm biến áp trung gian xuống cấp 35kV đưa nhà máy, đường điện cao áp cách nhà máy Km Sinh viên : Vũ Hải Đông_Lớp HTĐ3_K47 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy khí địa phương Đồ án tốt nghiệp hội cho sinh viên lần kiểm tra đánh giá kiến thức mà mỡnh thu lượm sau năm ghế nhà trường trước bước vào công việc thực tế Việc thiết kế cấp điện cho nhà máy đòi hỏi người thiết kế phải có kinh nghiệm có hiểu biết sâu rộng vấn đề liên quan Chỉ có thiết kế hồn chỉnh xác Trong phạm vi đồ án chắn khơng tránh khỏi sai sót, kính mong thầy giáo bạn góp ý để thiết kế hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Ngơ Hồng Quang tận tình giúp đỡ em hoàn thành tốt thiết kế hệ thống cung cấp điện Sinh viên thực Vũ Hải Đơng CHƯƠNG I XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TỐN CỦA CÁC PHÂN XƯỞNG VÀ TOÀN NHÀ MÁY I.Giới thiệu chung nhà máy Nhà máy khí địa phương nhà máy có quy mơ lớn, gồm có 11 phân xưởng phận sản xuất với tổng công suất cỡ khoảng 10MW Nhà máy hộ tiêu thụ điện lớn cần đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện chất lượng điện cho toàn nhà máy Phụ tải nhà máy chia làm hai loại: + Phụ tải động lực + Phụ tải chiếu sáng Mặt nhà máy khí địa phương Sinh viên : Vũ Hải Đông_Lớp HTĐ3_K47 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy khí địa phương Bảng 1.1 Phụ tải nhà máy khí địa phương Số mặt 10 11 Tên phân xưởng Công suất đặt (kW) Phân xưởng kết cấu kim loại Phân xưởng lắp ráp khí Phân xưởng đúc Phân xưởng nén khí Phân xưởng rèn Trạm bơm Phân xưởng sửa chữa khí Phân xưởng gia cơng gỗ Bộ phận hành ban quản lý Bộ phận thử nghiệm Chiếu sáng phân xưởng 2500 2100 1500 800 1200 450 theo tính tốn 350 120( Chưa kể chiếu sáng) 270 Xác định theo diện tích II.Các phương pháp xác định phụ tải tính tốn Tùy theo quy mơ cơng trình mà phụ tải điện phải xác định theo phụ tải thực tế phải kể đến khả phát triển cơng trình tương lai năm, 10 năm lâu Như việc xác định phụ tải tính tốn phải giải tốn dự báo phụ tải ngắn hạn dài hạn Dự báo phụ tải ngắn hạn tức xác định phụ tải công trình sau cơng trình vào vận hành Phụ tải gọi phụ tải tính tốn Dựa vào người thiết kế lựa chọn thiết bị: Máy biến áp, thiết bị đóng cắt, bảo vệ…để tớnh cỏc tổn thất công suất,điện áp, chọn thiết bị bự… vv.Việc xác định xác phụ tải tính tốn thường khó phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Công suất, số lượng thiết bị… quan trọng phụ tải tính tốn nhỏ phụ tải thực tế làm giảm tuổi thọ thiết bị, có dẫn đến cháy nổ Ngược lại thiết bị chọn quỏ lớn gây Sinh viên : Vũ Hải Đông_Lớp HTĐ3_K47 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy khí địa phương lãng phí Khi thiết kế hệ thống cung cấp điện cho xí nghiệp nhà xưởng thường dùng hai phương pháp xác định phụ tải tính tốn 1.Xác định phụ tải tính tốn (PTTT) theo cơng suất đặt Pđ * Đối với phụ tải động lực: Ptt=knc.Pđ Qtt=Ptt.tgϕ : knc: hệ số nhu cầu, tra sổ tay kĩ thuật Pđ: công suất đặt thiết bị nhóm thiết bị, coi Pđ=Pđm cosϕ : hệ số cơng suất tính tốn, tra sổ tay kĩ thuật, từ rút tgϕ Đối với phụ tải chiếu sáng: Pcs =p0.F : p0: suất chiếu sáng đơn vị diện tích(W/m 2), thiết kế sơ lấy theo số liệu tham khảo F: diện tích cần chiếu sáng (m2) Tùy theo loại đèn mà ta có hệ số cơng suất cosϕ khác nhau, sử dụng đèn sợi đốt cosϕ =1 Qcs=0, sử dụng đèn tuýt cosϕ =0,6-0,8 đó: Qcs=Pcs.tgϕ Từ ta tính phụ tải tính tốn tồn phần phân xưởng Stt= (Ptt + Pcs)2 + (Qtt + Qcs)2 Cuối cùng, phụ tải tính tốn xí nghiệp xác định cách lấy tổng phụ tải phân xưởng có kể đến hệ số đồng thời n n PttXN = k®t∑ Pttpxi = k®t∑ (Ptti + Pcsi ) 1 n n QttXN = k®t∑ Qttpxi = k®t∑ (Qtti + Qcsi ) SttXN = P ttXN +Q ttXN P cosϕ= ttXN SttXN kđt : hệ số đồng thời, xét khả phụ tải phân xưởng không đồng thời cực đại Có thể lấy: kđt = 0,9-0,95 số phân xưởng n=2-4 kđt = 0,8-0,85 số phân xưởng n=5-10 Phụ tải tính tốn xác định theo công thức trờn dựng để thiết kế mạng cao áp xí nghiệp Xác định phụ tải tính tốn theo cơng suất trung bình Sau xí nghiệp cú thiết kế chi tiết cho phân xưởng, ta cú cỏc thơng tin xác mặt bố trí máy móc, thiết bị, biết cơng suất q trình cơng nghệ thiết bị, ta bắt tay vào thiết kế mạng điện hạ áp phân xưởng Sinh viên : Vũ Hải Đông_Lớp HTĐ3_K47 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy khí địa phương Với động cơ: Ptt =Pđm Với nhóm động n ≤ : n Ptt = ∑ Pđmi Với n ≥ phụ tải tính tốn nhóm động xác định theo công thức: n Ptt = kmax ksd ∑ Pđmi : ksd : hệ số sử dụng nhóm thiết bị, tra sổ tay kmax : hệ số cực đại, tra đồ thị tra bảng theo hai đại lượng ksd nhq nhq : số thiết bị dùng điện hiệu nhq xác định sau: Xác định n1: số thiết bị có cơng suất lớn hay nửa cơng suất thiết bị có cơng suất lớn Xác định P1 : công suất n thiết bị n P1= ∑ Pđmi n n Xác định n* = ,P* = P1 P : n : tổng số thiết bị nhóm P∑ : tổng cơng suất nhóm n P∑ = ∑ Pđmi Từ n*,P* tra bảng nhq* Xác định nhq theo công thức: nhq = n.nhq* Bảng tra kmax nhq = 4, nhq < phụ tải tính tốn xác định theo cơng thức: n Ptt = ∑ kti.Pđmi kti : hệ số tải, lấy trị số gần sau: kt =0,9 với thiết bị làm việc chế độ dài hạn kt =0,75 với thiết bị làm việc chế độ ngắn hạn lặp lại Phụ tải tính tốn tồn phân xưởng với n nhóm n Pttpx = kđt ∑ Ptti n Qttpx = kđt ∑ Qtti Sttpx = (Pttpx + Pcs)2 + (Qttpx + Qcs)2 Sinh viên : Vũ Hải Đông_Lớp HTĐ3_K47 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy khí địa phương III.Xác định phụ tải tính tốn phân xưởng sửa chữa khí 1.Phõn nhúm cỏc phụ tải Căn vào vị trí, cơng suất máy móc cơng cụ bố trí mặt xưởng, định chia làm nhóm phụ tải Bảng 1.2.Bảng phân nhóm thiết bị phân xưởng sửa chữa khí TT Tên thiết bị Số Kí hiệu Pđm(kW) Iđm(A) lượng mặt Tồn máy Nhóm 1 Máy tiện ren 10 40 25,32x4 Máy tiện ren 10 40 25,32x4 Máy khoan để bàn 22 0,65 0,65 1,65 Tổng 80,65 204,21 Nhóm Máy doa ngang 4,5 4,5 11,39 Máy phay chép hình 10 0,6 0,6 1,52 Máy mài tròn 17 7,0 7,0 17,7 Máy mài phẳng có trục 20 2,8 2,8 7,09 nằm Máy mài sắc 24 2,8 5,6 7,09x2 Máy giũa 27 1,0 1,0 2,53 Máy mài sắc dao cắt 28 2,8 2,8 7,09 gọt Tổng 29,9 61,5 Nhóm Máy phay vạn 14 17,7x2 Máy phay ngang 4,5 4,5 11,39 Máy phay chép hình 5,62 5,62 14,23 Máy phay chép hình 11 3 7,6 Máy bào ngang 12 14 17,7x2 Máy bào giường trụ 13 10 10 25,32 Máy khoan hướng tâm 15 4,5 4,5 11,39 Tổng 55,62 140,73 Nhóm Máy doa tọa độ 4,5 4,5 11,39 Máy phay đứng 14 17,7x2 Máy phay chép hình 1,7 1,7 4,305 Máy xọc 14 14 17,7x2 Máy khoan đứng 16 4,5 4,5 11,39 Sinh viên : Vũ Hải Đông_Lớp HTĐ3_K47 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy khí địa phương Máy mài tròn vạn 18 2,8 2,8 7,09 Máy mài phẳng có trục 19 10 10 25,32 đứng Máy ép thủy lực 21 4,5 4,5 11,39 Tổng 10 56 141,685 Nhóm Máy tiện ren 14 17,7x2 Máy tiện ren 4,5 4,5 11,39 Máy tiện ren 3,2 6,4 8,1x2 Máy tiện ren 10 10 25,32 Máy khoan đứng 2,8 2,8 7,09 Máy khoan đứng 7 17,7 Máy phay vạn 4,5 4,5 11,39 Máy bào ngang 5,8 5,8 14,68 Máy mài tròn vạn 2,8 2,8 7,09 10 Máy mài phẳng 10 4 10,13 Tổng 12 61,8 156,39 Nhóm Máy tiện ren 4,5 4,5 11,39 Máy khoan đứng 2,8 2,8 7,09 Máy cưa 11 2,8 2,8 7,09 Máy mài hai phía 12 2,8 5,6 7,09x2 Máy khoan bàn 13 0,65 1,95 1,65 Tổng 17,65 41,4 Do thông tin phụ tải đầy đủ nên ta xác định phụ tải tính tốn theo cơng suất trung bình hệ số cực đại.Với nhóm máy khí tra bảng ksd =0,16 cosϕ=0,6 =>tgϕ=1,33 2.Xác định phụ tải tính tốn cho cỏc nhúm phụ tải 2.1 Phụ tải tính tốn nhóm Số liệu tính tốn nhóm TT Tên thiết bị Số Kí hiệu Pđm(kW) Iđm(A) lượng mặt Toàn máy Máy tiện ren 10 40 25,32x4 Máy tiện ren 10 40 25,32x4 Máy khoan để bàn 22 0,65 0,65 1,65 Tổng 80,65 204,21 n=9, n1 = n* = n1 = = 0,89 n Sinh viên : Vũ Hải Đông_Lớp HTĐ3_K47 10 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy khí địa phương => R nd = 26,14.4,55 26,14.0,44 + 6.4,55.0,68 = 3,96Ω < 4Ω thÐp gãc L60.60.6 2,5m thÐp dÑt 40x4 0,8m 0,7m Vậy hệ thống nối đất trạm đảm bảo yêu cầu 3,5m 5m 10m Mặt mặt cắt hệ thống nối đất trạm BAPX Sinh viên : Vũ Hải Đông_Lớp HTĐ3_K47 119 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy khí địa phương CHƯƠNG VII THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY TRUNG ÁP CẤP ĐIỆN CHO NHÀ MÁY Tuyến đường dây trung áp 35kV cấp điện cho nhà máy khí địa phương sử dụng đường dây lộ kép AC-50 dài 5km Trình tự thiết kế sau I.Các số liệu dây AC-50 phục vụ cho tính tốn Ta sử dụng vùng khí hậu III để tính tốn -Lúc nhiệt độ khơng khí cao nhất: θmax = 40o C, v = m / s -Lúc nhiệt độ khơng khí thấp nhất: θmin = 5o C, v = m / s -Lỳc bão: θmax = 25o C, v = 40 m / s Bảng 7.1.Tỷ tải dây AC-50 g1.10-3 g2.10-3 g3.10-3 Mã dây FA,mm2 FB,mm2 N/m.mm2 N/m.mm2 N/m.mm2 AC-50 48,3 32,9 109 114 Bảng 7.2.Đặc tính lý dây AC-50 C Vật liệu σgh,N/mm2 E,N/mm2 α, A Fe 157 1175 61,6.103 196.103 23.10-6 12.10-6 β= E 16,23.10-6 5,1.10-6 II.Lựa chọn phần tử đường dây 1.Chọn khoảng cột: l=100m, đường dây dài 5km Như toàn tuyến có 51 cột bao gồm: cột xuất tuyến, cột cuối vị trí lại cột trung gian, cuối đường dây đổi hướng nờn cú cột góc( với góc quay 60o) 2.Chọn cột: Dự định cho lộ dây cột, dây dẫn pha đặt xà cách 2m , cột chụn sõu 2m Vì chọn cột li tâm cao 14m LT14 Tại vị trí trung gian đặt cột LT14B, vị trí đầu cuối tuyến dây cột góc đặt cột LT14C Tổng số 48 cột T14B cột T14C Cột mua xí nghiệp bờtụng li tõm Đụng Anh cú cỏc thông số cho bảng Bảng 7.3.Thông số kĩ thuật cột li tâm LT14 Quy cách D1/D2-H M Lực đầu cột Loại Mác bêtông V, m3 mm kG Pcp, kG LT14B 190/377-10000 400 0,44 1500 850 LT14C 190/377-10000 400 0,44 1500 1100 3.Chọn xà, sứ Các cột trung gian dùng xà đơn X1 Cột đầu cuối dùng xà kép X2 Sinh viên : Vũ Hải Đông_Lớp HTĐ3_K47 120 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy khí địa phương Xà làm thép góc L70.70.7, dài 3,1m Kèm xà chống xà dựng thộp gúc L60.60.6 Chọn dùng sứ đứng thủy tinh xí nghiệp thủy tinh cách điện Hải Phòng sản xuất, tổng số 324 d.Chọn móng cột Chọn dựng múng khụng cấp Với cột trụng gian múng cú kích thước 1.1,2.2m Với cột đầu cuối múng cú kích thc 1,5.1,5.2m X2 - Xà lắp cột cuối 50 3000 50 700 2000 ỉ20 ỉ20 2000 X2 - Xà lắp cột góc X1 - Xà lắp cột trung gian ỉ20 Hình: Xà X1, X2 cột III.Tớnh ứng suất, độ võng kiểm tra khoảng cách an tồn 1.Tính ứng suất độ võng Để tính tốn trước hết ta đưa vài khái niệm sau: *Khoảng vượt tới hạn -Với dây dẫn chất: l th ≈ σ cp - Với dây dẫn phức hợp: l th ≈ 24α(θb· o -θmin ) g2b· o − g12 24α(θb· o -θmin ) g g ( b· o )2 − ( θ )2 σ ACb· o σ ACθ Nếu l > lmax σmax xuất bão Nếu l< lmax σmax xuất θmin *Phương trình trạng thái dây dẫn Sinh viên : Vũ Hải Đông_Lớp HTĐ3_K47 121 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy khí địa phương -Với dây dẫn chất: l 2g2n l 2g2m α σn − = σm − − (θ n − θm) 2 24βσ n 24βσ m β -Với dây dẫn phức hợp: l 2g2n l 2g2m α σ ACn − = σ ACm − − AC (θ n − θm) 2 24β ACσ ACn 24β ACσ ACm βAC Phương trình trạng thái sử dụng cần xác định ứng suất trạng thái "m" biết ứng suất trạng thái "n".Thường giải phương trình để tìm ứng suất σmax , sau xác định độ võng dây *Độ võng Độ võng khoảng cách theo phương thẳng đứng từ điểm thấp dây khoảng cột đến điểm treo cao dây - Với dây chất: f = - Với dây hai chất: f = l 2g1 8.σθmax l 2g1 8.σ ACθmax công thức : σcp: ứng suất cho phép vật liệu làm dây dẫn σcp=n σgh σgh: ứng suất giới hạn dây dẫn α: hệ số dãn nở dài vật liệu làm dây αA: hệ số dãn nở dài nhôm g1: Tỷ tải trọng lượng thân dây l: Khoảng vượt dây dẫn σ θmax :Hệ số dãn nở lớn dây dẫn σ ACθmax : Hệ số dãn nở lớn dây dẫn phức hợp σ AC :Hệ số dãn nở dài dây dẫn phức hợp AC α AC = α FeE Fe + aα A E A E Fe + aE A FA a= F Fe đó: αFe: hệ số dãn nở dài thép E: mụđun đàn hồi vật liệu làm dây dẫn EA: mụđun đàn hồi vật liệu nhôm EFe: mụđun đàn hồi vật liệu thép EAC: mụđun đàn hồi vật liệu dây phức hợp E AC = aE A + E Fe 1+ a β: hệ số kéo dài đàn hồi vật liệu làm dây βAC: hệ số kéo dài đàn hồi dây AC Sinh viên : Vũ Hải Đông_Lớp HTĐ3_K47 122 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy khí địa phương βAC = E AC σACbóo, σACθmin: ứng suất dây AC lỳc bóo lúc θmin EAC EA E σ ACb· o = σ ACp − (α A − α AC )(θ0 − θ b· o )E A  AC EA σ ACθ = σ ACp − (α A − α AC )(θ − θ )EA  θ0: nhiệt độ môi trường chế tạo dây dẫn, lấy θ0=150C Từ thông số bảng đặc tính dây AC-50 ta có Tỷ số tiết diện nhôm thép dây dẫn: F 48,3 a= FA = = 6,04 Fe Hệ số dãn nở theo nhiệt độ dây dẫn phức hợp AC50 α AC = = α FeE Fe + aα A E A E Fe + aE A 12.10−6.196.103 + 6,04.23.10−6.61,6.103 = 19,05.10−6 196.103 + 6,04.61,6.103 Hệ số kéo dài đàn hồi dây phức hợp aEA + EFe 6,04.61,6.103 + 196.103 = = 80,69.103 1+ a 1+ 6,04 1 = = = 12,4.10−6 E AC 80,69.103 E AC = βAC σgh 152 = 76(N / mm2 ) xác định ứng suất dây AC θmin vmax 2 E σ ACθ = σ ACp − (α A − α AC )(θ0 − θ )EA  AC EA Với σAcp= = = 76 − (23.10−6 − 19,05.10−6 )(15− 5).61,6.103  σ ACb· o = σ ACp − (α A − α AC )(θ0 − θb· o )EA  80,69.103 = 96,37(N/mm2) 61,6.103 EAC EA −6 −6 80,69.10   = 76 − (23.10 − 19,05.10 )(15− 25).61,6.10  61,6.103 = 102,74(N/mm2) Khoảng vượt tới hạn l th ≈ 24α A (θb· o -θmin ) 24.23.10−6.(25 − 5) = = 99,52(m) 114 32,9 gθ gb· o ( ) −( ) ( ) −( ) 102,74 96,37 σACb· o σACθ Với khoảng cột tuyến dây thiết kế l=100m >l th, ứng suất lớn dây dẫn xuất bão σmax =σACbóo=102,74(N/mm2) Sinh viên : Vũ Hải Đông_Lớp HTĐ3_K47 123 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy khí địa phương Độ võng lớn dây dẫn xuất lúc θmax v=0 m/s Khi ứng suất tương ứng σACmax tính tốn cách giải phương trình trạng thái sau: l 2g12 l 2g32 α σ ACθmax − = σ ACb· o − − AC (θmax − θb· o ) 2 24βACσACθmax 24β ACσ ACb· o β AC 1002.(32,9.10−3)2 1002.(114.10−3)2 19.05.10−6 σ ACθmax − = 102,74 − − (40 − 25) 24.12,4.10−6.σ2ACθmax 24.12,4.10−6.102,742 12,4.10−6 3,64.104 σ ACθmax − = 38,37 σACθmax σ3ACθmax − 38,37σ2ACθmax − 3,64.104 = Giải phương trình được: σACθmax = 51,89(N / mm2 ) Độ võng treo dây: fmax = l 2g1 1002.32,9.10−3 = ≈ 0,8(m) 8.σ ACθmax 8.51,89 2.Kiểm tra khoảng cách an toàn Điều kiện kiểm tra ho=hC-f-h1-h2 ≥ hcp đó: hC: chiều cao cột, h=14m f: độ võng, f=0,8m h1: khoảng cách từ điểm treo dõy trờn xà đến đỉnh cột, h1=4m h2: độ sõu chôn cột, h2=2m ho=14-0,8-4-2=7,2 m Đường dây 35kV nhà máy qua vùng dân cư theo quy phạm trang bị thiết bị điện khoảng cách an toàn cho phép hcp=7 m < ho=7,2m Vậy đường dây đảm bảo khoảng cách an toàn h1 f max hc h0 h2 IV.Kiểm tra khả chịu uốn Kiểm tra khả chịu uốn cột trung gian Sinh viên : Vũ Hải Đông_Lớp HTĐ3_K47 124 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy khí địa phương 2Pd 2Pd 8m 5,34m 12m Pc 10m 2Pd Cột trung gian làm việc chịu lực gió bão tác động lên thân cột tác động lên dây AC-50 khoảng cột Khi tải trọng gió tác động lên cột: Pc = 9,81 9,81 α.C.v2.FC = 0,7.0,7.352.3,402 = 1252(N) 16 16 đó: α: hệ số biểu thị phân bố không đồng giú trờn khoảng cột, v=40 m/s nên α=0,7 C: hệ số động lực khơng khí phụ thuộc vào bề mặt chịu gió, sử dụng cột trũn nờn C=0,7 v: tốc độ giú(m/s) FC: diện tích mặt cột chịu gió FC = d1 + d2 0,190+ 0,377 (hC − h2 ) = (14 − 2) = 3,402(m2) 2 Tải trọng gió tác động lên dây: Pd=g2.Fd.l=109.10-3.(48,3+8).100=613,67(N) Lực gió lên dây đặt vào cột độ cao 12 m, 10 m, m Lực gió đặt vào cột độ cao H= 2d1 + d2 h 2.190+ 37712 = = 5,34(m) d1 + d2 190+ 377 Tổng mụmen tác động lên tiết diện cột sát đất M tt = n  ∑ M i + 10%∑ M i  n: hệ số tải, tra bảng n=1,2 ∑ M i = 2.613,67.(12+10+8)+1252.5,34=43505,88(Nm) Mtt =1,2.1,1.43505,88=57427,76(Nm) Quy đổi mụmen tính tốn lực đầu cột Ptt = M tt 57427,76 = = 4785,65(N) h 12 Ptt = 4785,65 N< Pcp =8500 N, cột làm việc an toàn 2.Kiểm tra khả chịu uốn cột góc Sinh viên : Vũ Hải Đơng_Lớp HTĐ3_K47 125 60° 2Td 2Pd 2Td Pc T 5,34m T Td 2Pd 12m H.giã T 2Td 8m T 2Pd 10m Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy khí địa phương Do σACbóo = 102,74 N/mm > σACmin = 96,37 N/mm nên lực lớn tác dụng lên cột góc xảy trạng thái bão Cột góc chịu tác động tải trọng - Lực kéo dây dẫn: gồm lực Td tác động lên cột độ cao 12; 10; 8m Td = 2.T.cos60o = σ ACb· o.FAC = 102,74.56,3 = 5784,262(N) - Lực gió tác dụng lên cột: Pc = 1252N đặt vào cột độ cao 5,34m - Lực gió tác động lên dây: gồm lực P d tác động lên cột độ cao 12m, 10m, 8m Pd = g2.FAC l.sin60o = 109.10−3.56,3.100 = 531,45N Mụmen tính tốn tổng lực tác động lên tiết diện sát mặt đất cột: Mtt = 1,3.2.5787,262.(12+10+8) + 1,2.1252.5,34 + 1,2.2.531,45.(12+10+8) = 497693,7(Nm.) Quy đổi mụmen tính tốn lực đầu cột: M tt 497693,7 Ptt = = = 41474,475N hc − h2 14 − Ptt = 414474,475N > 2Pcp = 22000N Vậy cột góc làm việc khơng đảm bảo an tồn Do điều kiện đất đai cho phép nên ta định đặt cho cột cuối dõy nộo 3.Kiểm tra khả chịu uốn cột cuối Sinh viên : Vũ Hải Đông_Lớp HTĐ3_K47 126 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy khí địa phương 2Td 2Td 5,34m Pc 8m 10m 12m 2Td Cột cuối ln bị kéo phía sức kéo dây lực kéo lớn tác dụng lên cột trạng thái bóo.Cỏc tải trọng tác động lên cột gồm: -Lực kéo dây: gồm lực tác dụng độ cao 12;10;8 m Td=σACbóo.FAC =102,74.(48,3+8)=5784,262 (N) -Lực gió tác động lên cột: lấy hướng gió nguy hiểm hướng gió thổi dọc tuyến đường dây: P=1252 N độ cao H=5,34 m Mụmen tính tốn tổng đặt lên tiết diện cột sát mặt đất Mtt = n(2T.h1+2T.h2+2T.h3)+1,2.PC.H = 1,3(2.5784,262(12+10+8))+1,2.1252.5,34 = 459195,252 (Nm) Lực tính tốn quy đầu cột Ptt = M tt 459195,252 = = 38266,3(N) h 12 Cột cuối dùng cột LT14C có lực đầu cột cho phép 1100 kG=11000 N Vậy Ptt =38266,3 (N)>Pcp =2.11000=22000 (N) Cột làm việc khơng an tồn Do điều kiện đất đai cho phép định đặt cho cột cuối dõy nộo V.Thiết kế kiểm tra móng, cột Tất cột đầu, cột cuối, cột néo cột trung gian sử dụng móng ngắn khơng cấp Móng cột trung gian Móng ngắn kiểm tra theo cơng thức đó: k: hệ số an tồn cột trung gian, tra bảng có k=1,5 S: tổng lực ngang tác động lên cột S = 6.613,67+1252 = 4934 (N) =4,934(kN) Qo: tổng trọng lượng đặt lên kể trọng lượng móng Với kích thước móng 1.1,2.2 m, đất sét pha cát ẩm tự Sinh viên : Vũ Hải Đông_Lớp HTĐ3_K47 2m (F2.E n + F3.QO ) F1 Huí ng tuyÕn 1m k.S ≤ 1,2m 127 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy khí địa phương nhiên ta tra bảng thơng số γ =14,7(kN/m3); ϕ=40o; θ=0,467; θ2 =0,218 từ tính trị số F1, F2, F3, En H H  F1 = 1,5 ( + 1)tg2ϕ  + 0,5 h h  H: độ cao trung bình đặt lực ngang vào cột Đã tính lực gió tác động lên cột 1252 đặt độ cao 5,34m, lực gió tác động lên dây 613,67N đặt độ cao 12m vậy: 1252.5,34 + 2.613,67.(12 + 10 + 8) H= = 8,82(m) 1252 + 6.613,67  8,82 8,82  F1 = 1,5 ( + 1)0,8392  + 0,5 = 25,7   d F2 = (1+ tg2ϕ)(1+ 1,5 tgϕ) h 1,2 = (1+ 0,8392 )(1+ 1,5 0,839) = 2,99 d 1,2 F3 = (1+ tg2ϕ) + tgϕ = (1+ 0,8392) + 0,839 = 1,86 h b.h.ko  0,5γ.h + C(1− θ2) En = θ(θ + tgϕ) 1.2.1,5 = [ 0,5.14,7.2 + 0,39(1− 0,218)] = 73,81 0,467(0,467 + 0,839) Tính QO: Trọng lượng cột 1500kG: QC = 1500.9,81.10-3 = 14,715kN Trọng lượng móng: Qm = 1.1,2.2.24,5=58,8(kN) Trọng lượng dây: QD =32,9.10-3.100.(6.(48,3+8)) =1111,4(N)=1,111(kN) Trọng lượng xà, sứ: QX =0,6 (kN) Qo = QC+ Qm+ QD+ QX =14,715+58,8+1,111+0,6=75,226(kN) Vậy: 1,5.4,934 < (2,99.73,81+1,86.75,226) 25,7 7,4 < 14,03 Như móng làm việc an tồn 2.Móng cột néo Múng dõy nộo chế tạo bờtụng cốt thép mác 200 có kích thước 1.1,5.0,3 chụn sõu 2m Dõy néo làm dây thép bện có σgh = 685N/mm2, cỡ φ14 Cỏc dõy nộo làm với mặt đất góc 60o tạo với góc 60o Sinh viên : Vũ Hải Đông_Lớp HTĐ3_K47 128 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy khí địa phương Ptt - 2Pcp Ttt T2 60° Tn Ttt T1 a) 2m β = 60° 0,3m 1m b) Hỡnh:Bố trí dõy nộo cho cột góc cột cuối a)Hỡnh chiếu b)Hỡnh chiếu đứng 2.1.Phân bố lực trờn dõy nộo a.Đối với cột góc Lực tác dụng lên dõy néo: (Ptt − Pcp ) 41474,475 − 2.11000 Ttt = = = 38948,95(N) cos60o cos60o Khi dõy nộo phải chịu lực kéo là: T=T1=T2=38948,95/ 3=22488(N)=22,488(kN) b.Đối với cột cuối Lực tác dụng lên hai dõy nộo: Ttt = Ptt -Pcp 38266,3-22000 = = 32532,5 (N) o cos60 0,5 Khi dõy nộo phải chịu lực kéo là: T=T1=T2=32532,5/ 3=18783(N)=18,783(kN) 2.2.Kiểm tra khả chống nhổ móng Do góc β < 75o nên để kiểm tra khả nhổ móng ta dùng cơng thức: k.T ≤ γ h bλ đó: k: hệ số an tồn, tra bảng có k=2 λ: sức bền thụ động đất λ = λ ' (1 − ξ 2η ) + 2h A(1 − ξ B) 3b tra bảng với đất sét pha cát ẩm tự nhiên φ =40 o ; β=60o ; η=0,504; A=1,704; B=0,587;γ=14,7 từ d/h =1/2=0,5 tra bảng ξ=0,62 Tính λ' = cos ( β + ϕ ) cos (60 + 40) = = 2,96 cosβ (cosβ -sinϕ ) cos60(cos60-sinϕ 40) Sinh viên : Vũ Hải Đông_Lớp HTĐ3_K47 129 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy khí địa phương 2h A(1 − ξ B) 3b 2 = 2,96(1 − 0, 62 2.0,5042 ) + 1, 704(1 − 0, 62 2.0,587) = 3,3 1,5 λ = λ ' (1 − ξ 2η ) + a.Đối với cột góc γ h bλ 2.22,488 < 14,7.22.1,5.3,3 k.T ≤ 44,976 < 145,53 Múng néo cột góc làm việc an tồn b.Đối với cột cuối γ h bλ 2.18,783 < 14,7.22.1,5.3,3 k.T ≤ 37,566 < 145,53 Múng néo cột cuối làm việc an toàn 2.3.Kiểm tra khả chịu kéo dõy nộo Khả chịu kéo dây thép bện Ф14 Tgh = F.σgh = Π ( 14 ) 685=105394(N)=105,394(kN) a.Đối với cột góc Lực mà dõy nộo phải chịu cột góc T=22,488