Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng sửa chữa cơ khí

Khi thiết kế cung cấp điện cho một công trình nào đó, nhiệm vụ đầu tiên của chúng ta là xác định phụ tải điện của công trình ấy. Tuỳ theo quy mô của công trình mà phụ tải điện được xác định theo phụ tải thực tế hoặc còn kể đến khả năng phát triển của công trình trong tương lai 5 năm, 10 năm hoặc lâu hơn. Phụ tải tính toán (phụ tải ngắn hạn) là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải thực tế (biến đổi) về mặt hiệu quả phát nhiệt hoặc mức độ huỷ hoại cách điện. Nói cách khác, phụ tải tính toán cũng đốt nóng thiết bị lên tới nhiệt độ tương tự như phụ tải thực tế gây ra, vì vậy việc chọn các thiết bị theo phụ tải tính toán sẽ đảm bảo an toàn thiết bị về mặt phát nóng. Người thiết kế phải biết phụ tải tính toán để chọn các thiết bị như: Máy biến áp, dây dẫn, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ,... Để tính các tổn thất công suất, điện áp và chọn các thiết bị bù. Như vậy phụ tải tính toán là một số liệu quan trọng để thiết kế cung cấp điện. Phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Công suất và số lượng các máy, chế độ vận hành của chúng, quy trình công nghệ sản xuất, trình độ vận hành của công nhân v.v... Vì vậy, xác định chính xác phụ tải tính toán là một nhiệm vụ khó khăn nhưng rất quan trọng. Bởi vì nếu phụ tải tính tóan được xác định nhỏ hơn thực tế thỡ sẽ làm giảm tuổi thọ các thiết bị điện, có khi dẫn tới cháy nổ, rất nguy hiểm. Do tính chất quan trọng như vậy nên rất nhiều công trình nghiên cứu và phương pháp tính toán phụ tải điện. Song với phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố nên vẫn chưa có phương pháp nào hoàn toàn chính xác và tiện lợi. Những phương pháp đơn giản thuận tiện cho việc tính toán toán lại thiếu chính xác, nếu nâng cao được độ chính xác thì phương pháp lại phức tạp. Có thể kể ra một số phương pháp sau: 1. Phương pháp xác định phụ tải tính toán (PTTT) theo công suất đặt và hệ số nhu cầu Knc. 2. Phương pháp xác định PTTT theo hệ số K hd của đồ thị phụ tải và công suất trung bình. 3. Phương pháp xác định PTTT theo công suất trung bình và độ lệch của đồ thị phụ tải ra khỏi giá trị trung bình. 4. Phương pháp xác định PTTT theo công suất trung bình và hệ số cực đại. 5. Phương pháp xác định PTTT theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm. 6. Phương pháp xác định PTTT theo suất trang bị điện trên cho một đơn vị diện tích sản xuất. 7. Phương pháp xác định trực tiếp.

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Hưng Yên, ngày… tháng…năm 2018 Giảng viên hướng dẫn GV TS Phạm Xuân Hiển MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU Đất nước cơng cơng nghiệp hóa, đại hóa Nhu cầu điện lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ sinh hoạt tăng trưởng không ngừng với trình phát triển kinh tế Do đòi hỏi nhiều cơng trình cung cấp điện, đặc biệt cần có cơng trình có chất lượng cao, đảm bảo cung cấp điện liên tục, phục vụ tốt ngành kinh tế Trong lĩnh vực cơng nghiệp ngành kinh tế trọng điểm đất nước, nhà nước ưu tiên phát triển có vai trò quan trọng kế hoạch đưa nước ta thành nước công nghiệp 2020 Thiết kế cung cấp điện cho ngành cơng việc khó khăn đòi hỏi kiến thức tầm đánh giá bao quát rộng Phụ tải ngành phần lớn phụ tải loại 1,2 đòi hỏi độ tin cậy cung cấp điện Dưới hướng dẫn thầy “TS Phạm Xuân Hiển”, em nhận đề tài ‘‘Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng sửa chữa khí” Đồ án bao gồm số phần chọn máy vị trí đặt máy biến áp, chọn dây phần tử bảo vệ Đây đồ án có tính thực tiễn cao, chắn giúp ích cho em nhiều cơng việc sau Trong q trình thực đồ án, em nhận bảo tận tình Nguyễn Thị Vân Anh thầy cô khoa điện Em xin chân thành cảm ơn thầy “TS Phạm Xuân Hiển” thầy cô môn hệ thống điện Hưng Yên, ngày tháng năm 2018 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thế Quảng CHƯƠNG I XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TỐN CHO PHÂN XƯỞNG CƠ KHÍ 1.1 Đặt vấn đề Khi thiết kế cung cấp điện cho cơng trình đó, nhiệm vụ xác định phụ tải điện cơng trình Tuỳ theo quy mơ cơng trình mà phụ tải điện xác định theo phụ tải thực tế kể đến khả phát triển cơng trình tương lai năm, 10 năm lâu Phụ tải tính toán (phụ tải ngắn hạn) phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải thực tế (biến đổi) mặt hiệu phát nhiệt mức độ huỷ hoại cách điện Nói cách khác, phụ tải tính tốn đốt nóng thiết bị lên tới nhiệt độ tương tự phụ tải thực tế gây ra, việc chọn thiết bị theo phụ tải tính tốn đảm bảo an tồn thiết bị mặt phát nóng Người thiết kế phải biết phụ tải tính tốn để chọn thiết bị như: Máy biến áp, dây dẫn, thiết bị đóng cắt, bảo vệ, Để tính tổn thất cơng suất, điện áp chọn thiết bị bù Như phụ tải tính tốn số liệu quan trọng để thiết kế cung cấp điện Phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Công suất số lượng máy, chế độ vận hành chúng, quy trình cơng nghệ sản xuất, trình độ vận hành cơng nhân v.v Vì vậy, xác định xác phụ tải tính tốn nhiệm vụ khó khăn quan trọng Bởi phụ tải tính tóan xác định nhỏ thực tế thỡ làm giảm tuổi thọ thiết bị điện, có dẫn tới cháy nổ, nguy hiểm Do tính chất quan trọng nên nhiều cơng trình nghiên cứu phương pháp tính tốn phụ tải điện Song với phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố nên chưa có phương pháp hồn tồn xác tiện lợi Những phương pháp đơn giản thuận tiện cho việc tính tốn tốn lại thiếu xác, nâng cao độ xác phương pháp lại phức tạp Có thể kể số phương pháp sau: Phương pháp xác định phụ tải tính tốn (PTTT) theo công suất đặt hệ số nhu cầu Knc Phương pháp xác định PTTT theo hệ số K trung bình hd đồ thị phụ tải công suất Phương pháp xác định PTTT theo cơng suất trung bình độ lệch đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình Phương pháp xác định PTTT theo cơng suất trung bình hệ số cực đại Phương pháp xác định PTTT theo suất tiêu hao điện cho đơn vị sản phẩm Phương pháp xác định PTTT theo suất trang bị điện cho đơn vị diện tích sản xuất Phương pháp xác định trực tiếp 1.2 Các đại lượng hệ số thường gặp xác định phụ tải tính tốn 1.2.1 Cơng suất định mức (Pđm) Công suất định mức thiết bị điện thường nhà chế tạo ghi sẵn lý lịch máy Đối với động công suất ghi nhãn hiệu máy cơng suất trục động Đứng mặt cung cấp điện ta quan tâm đến công suất đầu vào động gọi cơng suất đặt (Pđ) Cơng suất đặt tính sau: Pđ = Pđm η đc Trong đó: - Pđ: Công suất đặt động (KW) - Pđm: Công suất định mức động (KW) - hñc : Hiệu suất định mức động Nhưng để tính tốn đơn giản, thường chọn hđc = nên Pđm = Pđ người ta cho phép lấy: Pđm = Pđ Đối với thiết bị làm việc ngắn hạn lặp lại cầu trục, máy hàn Khi tính phụ tải điện ta phải quy đổi cơng suất định mức chế độ làm việc dài hạn, tức quy đổi chế độ làm việc có hệ số tiếp điện tương đối e%= 100 Công thức quy đổi sau: - Đối với động cơ: ' Pđm = Pđm ε đm Đối với máy biến ỏp hàn: ' Pđm =S đm cos ϕ ε đm - Trong đó: P’đm: Cơng suất định mức quy đổi e% = 100 ϕ Pđm, Sđm, Cos đm: Là tham số cho ký lịch máy 1.2.2 Phụ tải trung bình (Ptb) Phụ tải trung bình đặc trưng tĩnh phụ tải khoảng thời gian Tổng phụ tải trung bình thiết bị cho ta khả đánh giá giới hạn phụ tải tính Trong thực tế phụ tải trung bình xác định biểu thức sau: - Đối với thiết bị: Ptb = Ap t qtb = ; Aq t Trong Ap, Aq: Là điện thiêu thụ thời gian khảo sát (KWh, KVArh) t: Là thời gian khảo sát (h) - Đối với nhóm thiết bị n n Ptb =∑ ptbi i=1 qtb =∑ qtbi ; i=1 Biết phụ tải trung bình ta đánh giá mức độ sử sụng thiết bị Phụ tải trung bình số liệu quan trọng để xác định phụ tải tính tốn, tính tổn hao điện Thơng thường phụ tải trung bình xác định ứng với thời gian khảo sát ca làm việc, tháng năm 1.2.3 Phụ tải cực đại (Pmax) Phụ tải cực đại chia làm nhóm: - Phụ tải cực đại ổn định P max phụ tải trung bình lớn tính khoảng thời gian tương đối ngắn (thường từ 10÷30 phút) trị số dùng để chọn thiết bị điện theo điều kiện phát nóng Nó cho phép ta đánh giá giới hạn phụ tải tính tốn Thường người ta tính phụ tải cực đại ổn định phụ tải trung bình lớn xuất thời gian 10-30 phút cac phụ tải lớn ngày - Phụ tải đỉnh nhọn Pđn: Là phụ tải cực đại xuất khoảng thời gian ngắn đến giây thưởng xảy mở máy động Chúng ta quan tâm đến trị số phụ tải đỉnh nhọn mà cc̣òn quan tâm tới tần suất xuất Bởi số lần xuất phụ tải đỉnh nhọn tăng ảnh hưởng đến làm việc bình thường thiết bị dùng điện khác mạng điện Phụ tải đỉnh nhọn dùng để kiểm tra dao động điện áp, điều kiện tự khởi động động cơ, kiểm tra điều kiện làm việc cầu chì, tính dòng điện kinh tế v.v 1.2.4 Phụ tải tính tốn (Ptt) Khi thiết kế cung cấp điện cần có số tài liệu phụ tải tính tốn Có số liệu ta chọn thiết bị điện, tính tốn tổn thất cơng suất, tổn thất điện áp, tính chọn thiết bị rơle bảo vệ v.v Quan hệ phụ tải tính tốn với đại lượng khác Ptb ≤ Ptt ≤ Pmax 1.2.5 Hệ số sử dụng Ksd Hệ số sử dụng Ksd tiêu để tính phụ tải tính tốn Hệ số sử dụng thiết bị tỉ số phụ tải tác dụng trung bình với cơng suất định mức thiết bị Các cơng thức để tính hệ số sử dụng: - Đối với thiết bị K sd = Ptb Pđm - Đối với nhóm thiết bị n P K sd = tb = Pđm ∑P tbi i=1 n ∑P đmi i =1 Hệ số sử dụng nói lên mức độ sử dụng, mức độ khai thác công suất mức độ điện chu kỳ làm việc 1.2.6 Hệ số phụ tải (Kpt) Hệ số phụ tải tỷ số phụ tải thực tế với công suất định mức Thường ta phải xét hệ số phụ tải thời gian đó, nên phụ tải thực tế phụ tải trung bình khoảng thời gian K pt = Pthucte Pđm K pt = Ptb Pđm Hệ số phụ tải nói lên mức độ sử dụng, mức độ khai thác thiết bị điện thời gian xét 1.2.7 Hệ số cực đại (Kmax) Hệ số cực đại tỉ số phụ tải tính tốn với phụ tải trung bình khoảng thời gian xét K max = Ptt Ptb Hệ số cực đại thường tính với ca làm việc có phụ tải lớn Hệ số cực đại phụ thuộc vào số thiết bị hiệu nhiều yếu tố khác đặc trưng cho chế độ làm việc thiết bị điện nhóm Cơng thức tính Kmax phức tạp Trong thực tế người ta tính K max theo đường cong Kmax = f.(Ksd, nhq) tra bảng 1.2.8 Hệ số nhu cầu (Knc): Là tỷ số phụ tải tính tốn với cơng suất định mức Hệ số nhu cầu tính theo cơng thức sau: Knc Ptt Ptt Ptb P P P®m = K K ® m tb = = max sd Cũng giống hệ số cực đại, hệ số nhu cầu thường tính cho phụ tải tác dụng nhóm máy 1.2.9 Hệ số đồng thời (Kđt) Là tỉ số cơng suất tác dụng tính tốn cực đại nút khảo sát hệ thống cung cấp điện với tổng cơng suất tác dụng tính tốn cực đại nhóm hộ tiêu thụ riêng biệt nối vào nút đó, tức là: K đt = Ptt n ∑P tti i=1 1.2.10 Hệ số thiết bị điện có hiệu (nhq) Hệ số thiết bị hiệu nhq số thiết bị giả thiết có cơng suất chế độ làm việc, chúng đc̣i hỏi phụ tải phụ tải tính tốn nhóm phụ tải thực tế Người ta tính nhq theo bảng theo cơng thức: n (∑ Pđmi ) nhq = i=1 n ∑(P đmi )2 i=1 Khi số thiết bị nhóm > thh́ số thiết bị hiệu tính: Trước hết tính: n* = n1 n P* = ; P1 P Trong đó: n1: Số thiết bị có cơng suất không nhỏ nửa công suất thiết bị có cơng suất lớn n: Số thiết bị nhóm P1: Tổng cơng suất n1 thiết bị P: Tổng cơng suất n thiết bị Sau tính n* P* thh́ tra bảng đường cong ta th́m nhq* : nhq = n.nhq* 1.3 Các phương pháp xác định phụ tải tính tốn Hiện có nhiều phương pháp xác định phụ tải tính tốn, thơng thường phương pháp đơn giản lại cho kết khơng thật xác, cc̣òn muốn xác phương pháp tính tốn lại q phức tạp Do tùy theo thời điểm giai đoạn thiết kế mà ta lựa chọn phương pháp tính cho phù hợp Dưới em xin đề cập số phương pháp xác định phụ tải tính tốn thường dùng nhất: 1.3.1 Xác định phụ tải theo công suất đặt hệ số nhu cầu Cơng thức tính: n Ptt = K nc ∑ Pđi i=1 (2-14) Stt = Ptt2 +Qtt2 = φ Qtt = Ptt.Tg ; Ptt Cosφ (2-15) Nói cách gần coi Pđ = Pđm Khi đó: n ∑P Ptt = Knc i =1 đmi Trong đó: Pđi: Cơng suất định mức thiết bị thứ i (KW) Pđmi: Công suất định mức thiết bị thứ i (KW) Ptt, Qtt, Stt: Công suất tác dụng, cơng suất phản kháng, cơng suất tồn phần tính tốn nhóm thiết bị (KW, KVAr, KVA) n: Số thiết bị nhóm φ Nếu hệ số cơng suất cos thiết bị nhóm khơng giống nhau, ta phải tính hệ số cơng suất trung bình theo công thức sau: Cosφ = P1 cos φ +P2 cos φ + +Pn cosφ n P1 +P2 + +Pn Hệ số nhu cầu loại máy khác có sổ tay Phương pháp xác định phụ tải tính tốn theo hệ số nhu cầu có ưu điểm đơn giản, thuận tiện Nhược điểm chủ yếu phương pháp xác Bởi vh́ hệ số nhu cầu Knc tra sổ tay số liệu cố định cho trước, không phụ thuộc vào chế độ vận hành số thiết bị nhóm máy Nếu chế độ vận hành số thiết bị nhóm thay đổi nhiều thh́ kết tính phụ tải tính tốn theo hệ số nhu cầu khơng xác 1.3.2 Xác định phụ tải tính tốn theo suất phụ tải đơn vị diện tích sản xuất Cơng thức tính sau: Ptt = P0.F Trong đó: 10 - Đường dây không, kháng điện thiết bị điện khác tiêu thụ khoảng 10% Như động không đồng máy biến áp hai loại máy điện tiêu thụ nhiều công suất phản kháng Công suất tác dụng P công suất biến thành nhiệt máy dùng điện, cơng suất phản kháng Q cơng suất tổn hao máy điện xoay chiều, khơng sing cơng Q trình trao đổi cơng suất phản kháng máy phát điện hộ dùng điện q trình dao động Mỗi chu kỳ dòng điện, Q đổi chiều bốn lần, giá trị trung bình Q 1/2 chu kỳ dòng điện khơng Cho nên việc tạo công suất phản kháng không đòi hỏi tiêu tốn lượng động sơ cấp quay máy phát điện Mặt khác công suất phản kháng cung cấp cho hộ dùng điện không thiết phải lấy từ nguồn (máy phát điện) Vì để tránh truyền tải lượng công suất Q lớn đường dây, người ta đặt gần hộ dùng điện máy sinh Q (tụ điện, máy bù đồng bộ) để cung cấp trực tiếp cho phụ tải, làm gọi bù công suất phản kháng Khi có bù cơng suất phản kháng góc lệch pha dòng điện điện áp mạch nhỏ đi, hệ số cơng suất cosϕ mạng nâng cao, P, Q, góc ϕ có quan hệ sau: ϕ = arctg Q P (5-1) Khi lượng P khơng đổi, nhờ có bù công suất phản kháng, lượng Q truyền tải đường dây giảm xuống, góc Hệ số cụng suất cos ϕ ϕ giảm kết cos ϕ tăng lên nâng lên đưa đến hiệu sau: 4.1.2.1 Giảm tổn thất công suất mạng điện Chúng ta biết tổn thất cơng suất đường dây tính sau: P + Q2 P2 Q2 ∆P = R = R + R = ∆P( P ) + ∆P( Q ) U2 U U Khi giảm Q truyền tải đường dây, ta giảm thành phần tổn thất công suất 53 ∆P(Q) Q gây 4.1.2.2 Giảm tổn thất điện áp mạng điện Tổn thất điện áp tính sau: ∆U = PR + QX PR QX = + = ∆U (P) + ∆U (Q) U U U Giảm lượng Q truyền tải đường dây, ta giảm thành phần ∆Q(Q) Q gây 4.1.2.3 Tăng khả truyền tải đường dây máy biến ỏp Nó phụ thuộc vào điều kiện phát nóng, tức phụ thuộc vào dòng điện cho phép chúng Dòng điện chạy dây dẫn máy biến áp tính sau: P2 + Q2 I= 3.U Biểu thức chứng tỏ với tình trạng phát nóng định đường dây máy biến áp (I= const) tăng khả truyền tải công suất tác dụng P chúng cách giảm công suất phản kháng Q mà chúng tải Vì giữ nguyên đường dây máy biến áp cos ϕ mạng nâng cao (tức giảm lượng Q phải truyền tải) khả truyền tải chúng tăng lên Ngoài việc nâng cao hệ số cos ϕ đưa đến hiệu giảm chi phí kim loại màu, góp phần ổn định điện áp, tăng khả phát điện máy phát điện… 4.1.3 Biện pháp nâng cao hệ số cụng suất cos ϕ tự nhiên 4.1.3.1 Thay đổi cải tiến quy trình cơng nghệ để thiết bị điện làm việc chế độ hợp lý Căn vào điều kiện cụ thể cần xắp xếp quy trình cơng nghệ cách hợp lý Việc giảm bớt tác động nhân công thừa áp dụng biện pháp gia công tiên tiến đưa tới kết tiết kiệm điện, giảm bớt điện tiêu thụ cho đơn vị sản phẩm Trong nhà máy, thiết bị có cơng suất lớn thường nơi tiêu thụ nhiều điện cần nghiên cứu để 54 thiết bị vận hành chế độ kinh tế tiết kiệm Ở nhà máy có cơng suất lớn, máy thường tiêu thụ khoảng từ 30- 40% cơng suất điện cung cấp cho tồn nhà máy Vì định chế độ vận hành hợp lý cho máy có ảnh hưởng lớn đến vấn đề tiết kiệm điện Theo kinh nghiệm vận hành hệ số phụ tải máy cơng suất lớn gần thiết bị điện tiêu hao đơn vị sản phẩm giảm tới mức tối thiểu, cần bố trí cho máy luôn làm việc đầy tải, máy bơm quạt hộ tiêu thụ nhiều điện, có nhiều máy bơm hay máy quạt làm việc song song phải điều chỉnh tốc độ phương thức vận hành chúng để đặt phương thức vận hành kinh tế tiết kiệm Các lũ điện (điện trở, điện cảm, hồ quang) thường có cơng suất lớn vận hành liên tục thời gian dài, cần xếp để chúng làm việc ba ca, tránh tình trạng làm việc lúc gây tình trạng căng thẳng phương diện cung cấp điện 4.1.3.2 Thay động không đồng làm việc non tải động có cơng suất nhỏ Khi làm việc động đồng tiêu thụ công suất phản kháng Q = Q + (Q dm − Q ).k 2pt ϕ Trong đó: Q0 : Cơng suất phản kháng lúc động làm việc không tải Qdm k pt : Công suất phản kháng lúc động làm việc định mức : Hệ số phụ tải Công suất phản kháng không tải suất phản kháng định mức Qdm Q0 thường chiếm khoảng 60-70% công Hệ số công suất động tính theo cơng thức sau: Q0 + ( Qdm Q0 ) K P Cosϕ = = + Pdm K pt S 55 pt Từ cụng thức ta thấy động làm việc non tải ( K pt thấp) cos ϕ thấp Rõ ràng thay động làm việc non tải động có cơng suất nhỏ ta tăng hệ số phụ tải K pt nâng cao Cos ϕ động Điều kiện kinh tế cho phép thay động là: việc thay phải giảm tổn thất công suất tác dụng mạng động cơ, có việc thay có lợi Các tính tốn cho thấy rằng: - Nếu Kpt