Đồ án cung cấp điện Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy luyện kim đen

- Tổng công suất của các thiết bị trong nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm số lượng loại tủ động lực cần dùng trong phân xưởng và trong toàn nhà máy.. XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CHO CÁC PHÂN X

Trang 1

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho

nhà máy luyện kim đen

Trang 2

MỞ ĐẦU

Luyện kim là một ngành công nghiệp nặng quan trọng, cung cấp nguyên vật liệu cho nhiều ngành quan trọng khác như xây dựng, cơ khí chế tạo… Hiện nay, nhu cầu sử dụng kim loại đen đang ngày càng tăng lên cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật và xã hội, ngành luyện kim đen càng đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân

Do đặc điểm của công nghệ luyện kim đen thường thải nhiều khí bụi nên các nhà máy thường được xây dựng ở xa thành phố, khu tập trung dân cư Hiện nay các nhà máy luyện kim đen được xây dựng tập trung chủ yếu trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên

Phụ tải tính toán là đại lượng đặc trưng cho khả năng sử dụng công suất của một thiết

bị dùng điện hoặc một nhóm thiết bị dùng điện

2 Vai trò :

Phụ tải tính toán là số liệu đầu vào quan trọng nhất của bài toán quy hoạch thiết kế hệ thống cung cấp điện.Nếu xác định sai phụ tải tính toán thì ý nghĩa của kết quả thu nhận được sẽ sai lệch rất nhiều thậm chí không sử dụng được

II.LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN

Hiện nay có rất nhiều các phương pháp xác định phụ tải tính toán trong thực tế nhưng chưa có một phương pháp nào hoàn chỉnh Các phương pháp đơn giản dễ sử dụng cho kết quả kém tin cậy Các phương pháp cho kết quả tương đối chính xác thì đòi hỏi quá nhiều thông tin về phụ tải về phụ tải, khối lượng tính toán lớn đôi khi không áp dụng được trong thực tế Cũng chính vì vậy nhiệm vụ của người làm thiết kế là cần chọn được phương pháp tính toán thích hợp với yêu cầu bài toán

1.MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN:

Trang 3

a Nhóm phương pháp xác định PTTT theo k nc và P đ :

Theo phương pháp này có:

d nc

P =

ϕ

tg P

P Q

=

Trong đó :

1.knc:

+ Là hệ số nhu cầu của thiết bị hoặc của nhóm thiết bị

Được tra trong sổ tay kĩ thuật

+ Trong trường hợp knc của các thiết bị trong nhóm không giống nhau có thể dùng biểu thức sau để tính toán knc:

P

P k k

+ Suy ra từ cosϕ của các thiết bị

+ Nếu cosϕ của các thiết bị trong nhóm không giống nhau cho phép dùng cosϕ trung bình để tính toán:

S c

1

cos cos

ϕ ϕ

Với:

n : Số thiết bị trong nhóm

Si : Công suất của các thiết bị trong nhóm

cosϕi: hệ số công suất của thiết bị thứ i

Nhận xét:

Phương pháp này khá đơn giản, song kết quả tính toán kém chính xác, do vậy nó thường chỉ được dùng trong giai đoạn tính toán sơ bộ hoặc khi rất thiếu thông tin về phụ tải

Trang 4

b.Phương pháp xác định PTTT theo k hd và P tb :

tb hd

P =

Trong đó:

+ khd : Là hệ số hình dáng của thiết bị hay nhóm thiết bị

được tra trong sổ tay tra cứu

+ Ptb: Công suất trung bình của thiết bị hay nhóm thiết bịtra trong sổ tay kĩ thuật

Nhận xét:

Phương phấp này ít dùng trong giai đoạn thiết kế vì chưa biết chính xác đồ thị phụ tải

c Phương pháp xác định PTTT theo P tb và độ lệch của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình:

Phương pháp này cũng ít dùng trong thiết kế do chưa biết chính xác đồ thị phụ tải

d.Phương pháp xác định PTTT theo kmax, P tb :

dd sd mã tb mã

P = =

Trong đó:

+ ksd là hệ số sử dụng của thiết bị hoặc của nhóm thiết bị

+ Pdđ là công suất danh định của thiết bị hoặc nhóm thiết bị

+ kmax là hệ số cực đại được tra trong sổ tay:

kmax = f(nhq, ksd)

- nhq : số thiết bị dùng điện hiệu quả, đó là số thiết bị có cùng công suất, cùng chế độ làm việc gây ra một hiệu quả phát nhiệt hoặc mức độ hủy hoại cách điện của thiết bị đúng như thực tế đã gây ra trong suốt quá trình làm việc

Ta có thể tính toán nhq theo công thức sau:

P

P n

1 2

2 1

) (

Trang 5

Tuy nhiên biểu thức trên không thuận lợi nếu số thiết bị là quá lớn Khi n≥4, ta có thể

sử dụng một số phương pháp tính gần đúng như sau với sai số là ± 10 % như sau:

min max ≤

P x n

dd

n ddi

max 1

e Xác định PTTT theo suất chi phí điện năng theo một đơn vị sản phẩm:

max

.

T

m ao

P tt =

Trong đó:

+ ao: suất chi phí điện năng cho một đơn vị sản phẩm

+ m : số sản phẩm sản xuất ra trong một năm

+ Tmax: Thời gian sử dụng công suất lớn nhất

Nhận xét:

Trang 6

- Phương pháp này thường dùng để xác định phụ tải tính toán của nhà máy, xí

nghiệp có phụ tải ổn định và chủng loại phụ tải ít

- Thường dùng để xác định phụ tải tính toán và cảu trạm bơm, trạm nén khí, thông gió

f Phương pháp xác định PTTT theo công suất trang bị điện cho một đơn vị diện tích:

F P

g Phương pháp xác định trực tiếp:

Là phương pháp sử dụng các số liệu điều tra trực tiếp ở hiện trường để tính toán Thường sử dụng tính toán cho các phụ tải đa dạng, không thể dùng được các phương pháp trên hoặc phụ tải tính toán cho các cụm dân cư

2 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN PHỤ TẢI:

Từ những phân tích ở trên, để tính toán phụ tải cho đồ án ta lực chọn phương pháp tính toán phụ tải theo kmax và Ptb

III TÍNH TOÁN PHỤ TẢI CHO PHÂN XƯỞNG SỬA CHỮA CƠ KHÍ:

Phân xưởng sửa chữa cơ khí là phân xưởng số 7 trong sơ đồ mặt bằng nhà máy Phân xưởng có diện tích bố trí thiết bị là 1968.75 m2 Trong đó phân xưởng có 43 thiết bị, công suất của các thiết bị rất khác nhau Trong phân xưởng có 73 thiết bị, thiết bị có công suất lớn nhất là 10 Kw, thiết bị có công suất nhỏ nhất là 0.65 Kw

1 PHÂN NHÓM PHỤ TẢI:

Trong mỗi phân xưởng có nhiều thiết bị có công suất và chế độ làm việc rất khác nhau Việc phân nhóm phụ tải nhằm xác định phụ tải chính xác hơn và là cơ sở để vạch

ra sơ đồ cấp điện

Để đạt mục tiêu trên, cần phải tuân thủ các nguyên tắc sau:

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

tủ động lực đến thiết bị Nhờ vậy mới giảm được vốn đầu tư và các tổn thất lưới điện

Trang 7

- Chế độ của các thiết bị trong cùng một nhóm nên giống nhau để việc xác định PTTT được chính xác hơn và thuận lợi hơn cho việc lựa chọn phương thức cung cấp điện cho nhóm

- Tổng công suất của các thiết bị trong nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm số lượng loại

tủ động lực cần dùng trong phân xưởng và trong toàn nhà máy

- Số thiết bị trong một nhóm thường từ 12 – 16 thiết bị

- Số đầu ra của các tủ động lực không nên quá nhiều

Tuy nhiên trong thực tế rất khó có thể thỏa mãn đồng thời các yêu cầu trên, nên trong thiết kế nguyên tắc 1 được coi là quan trọng nhất

Dựa trên cơ sở các nguyên tắc trên và căn cứ vào vị trí, công suất của các thiết bị bố trí trên mặt bằng phân xưởng sửa chữa cơ khí có thể chia các thiết bị trong trong phân xưởng thành các nhóm sau:

TT TÊN THIẾT BỊ

KÍ HIỆU TRÊN MẶT BẰNG

SỐ LƯỢNG

1.Máy tiện ren IA62

2.Máy tiện ren I616

3.Máy tiện ren IE6IM

4.Máy tiện ren I7763A

5.Máy phay vạn năng

10 5.62 2.8

4

14 4.5 6.4

10 5.62 2.8

4

2 x 17.73 11.40

2 x 8.10 25.32 14.23 7.09 10.13

Nhóm

II

1 Máy tiện ren IA62

4.Máy khoan đứng 2A125

6.Máy cưa 872A

7.Máy mài hai phía

8.Máy khoan bàn HC-12A

10 2.8

7 2.8 2.8 0.65

7 4.5

10 5.6

7 5.6 5.6 4.55

17.73 11.40 25.32

2 x 7.09 17.73

2.8

1 2.8

10 4.5

2.8

1 2.8

4 x 25.32 11.4

7.09 2.53 11.4

Trang 8

7 0.65 2.8

40 0.6

7 0.65 2.8

4 x 25.32 1.52 17.73 1.65 7.09

SỐ LƯỢNG

7 4.5 2.8

10 4.5

3.2 1.4 1.7

14 4.5 2.8

10 4.5

8.1

2 x 17.73 4.3

2 x 17.73 11.4 7.09 15.99

11.4

Nhóm

VI

2.Máy phay ngang

3.Máy phay chép hình

6HKΠ

64614

5.Máy bào ngang 7M36

6.Máy bào giường một trụ

7.máy khoan hướng tâm

3

7

10 4.5

14 4.5 5.62

3

14

10 4.5

17.73 11.4 14.23 7.6

17.73 25.32 11.4

2 XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA CÁC NHÓM PHỤ TẢI:

a.Tính toán phụ tải nhóm I:

Các số liệu của phụ tải nhóm một cho trong bảng sau:

Trang 9

SỐ LƯỢNG

3.Máy tiện ren IE6IM

10 4.5

2.8

4

14 4.5 6.4

10 4.5

2.8

4

2 x 17.73 11.40

2 x 8.10 25.32 11.4

7.09 10.13

Tra bảng phụ lục I.1 ta có ksd =0.15; cosϕ = 0.6

Nhóm I có n = 9 thiết bị trong đó số thiết bị có công suất không nhỏ hơn 1/2 công suất của thiết bị có công suất lớn nhất là n2 = 4 thiết bị

=>Tổng công suất của các thiết bị đó:

P* = 0 5195

2 46

24

2 = =

L

P P

Tra phụ lục 1.5 tìm được *

hq

n = 0.86

=> n hq =n.n*hq = 9x0 86 = 7 74

=> Có 8 thiết bị hiệu quả

Với ksd = 0.15 và nhq = 8 tra phụ lục I.6 tìm được kmax = 2.31

Do đó:

Ptt = ksd kmax ∑n P dm = x x =

1

16 2 46 31 2 15

Qtt = Ptt.tgϕ = 16 tgϕ = 21.33 KVAr

Stt = 26 67

6 0

16 cos = =

67 26

x Ux

Trang 10

Ở đây chọn Ikdmax = 5 x Idmmax

b.Tính toán phụ tải nhóm II:

Các số liệu của nhóm phụ tải II cho trong bảng số liệu sau:

SỐ LƯỢNG

1 Máy tiện ren IA62

6.Máy cưa 872A

7.Máy mài hai phía

8.Máy khoan bàn HC-12A

10 2.8

7 2.8 2.8 0.65

7 4.5

10 5.6

7 5.6 5.6 4.55

17.73 11.40 25.32

2 x 7.09 17.73

2 x 7.09

7 x 1.65

Tra bảng phụ lục I.1ta có ksd =0.15; cosϕ = 0.6

Nhóm II có n = 17 thiết bị trong đó số thiết bị có công suất không nhỏ hơn 1/2 công suất của thiết bị có công suất lớn nhất là n2 = 3 thiết bị

85 49

24

2 = =

L

P P

hq

n = 0.61

=> n hq =n.n*hq = 17x0 61 = 10 3

Với ksd = 0.15 và nhq = 10 tra phụ lục I.6 tìm được kmax = 2,1

Do đó:

1

70 , 15 85 , 49 1 , 2 15 ,

Qtt = Ptt.tgϕ = 15,70 tgϕ = 20,93 KVAr

Stt = 26 , 17

6 , 0

7 , 15 cos = =

ϕ

tt

Trang 11

Itt = 39 , 76

3 38 0

17 , 26

x Ux

S tt

A

Idn = Ikdmax + Itt – ksd Idmmax

= 5 x 25,32 + 39,76 – 0,15x25.32 =162,562 A

Trong đó Ikdmax là dòng điện khởi động của thiết bị có dòng lớn nhất trong nhóm, lấy

c.Tính toán phụ tải nhóm III:

Số liệu của nhóm phụ tải III được cho trong bảng bên

P2 = 4 x 10 = 40 Kw

SỐ LƯỢNG

2.8

1 2.8

10 4.5

2.8

1 2.8

4 x 25.32 11.4

7.09 2.53 11.4

P* = 0 78

1 , 51

40

2 = =

L

P P

hq

n = 0,76

=> n hq =n.n hq* = 8x0 , 76 = 6 , 08

Với ksd = 0,15 và nhq = 6 tra phụ lục I.6 tìm được kmax = 2,64

Do đó:

1

24 , 20 1 , 51 64 , 2 15 ,

Trang 12

Stt = 33 , 73

6 , 0

24 , 20

ϕ

tt P

KVA

Itt = 51 , 25

3 38 0

73 , 33

x Ux

d.Tính toán phụ tải nhóm IV:

Số liệu của nhóm phụ tải IV được cho trong bảng bên

Nhóm IV có n = 8 thiết bị trong đó số thiết bị có công suất không nhỏ hơn 1/2 công suất của thiết bị có công suất lớn nhất là n2 = 5 thiết bị

P2 = 4 x 10 + 7 = 47 Kw

SỐ LƯỢNG

7 0.65 2.8

40 0.6

7 0.65 2.8

4 x 25.32 1.52 17.73 1.65 7.09

05 , 51

47

2 = =

L

P P

hq

n = 0,63

=> n hq =n.n*hq = 8x0 , 63 = 5 , 04

Với ksd = 0,15 và nhq = 5 tra phụ lục I.6 tìm được kmax = 2,87

Do đó:

Trang 13

1

98 , 21 05 , 51 87 , 2 15 ,

Stt = 36 , 63

6 , 0

98 , 21

ϕ

tt P

KVA

Itt = 55 , 65

3 38 0

63 , 36

x Ux

e.Tính toán phụ tải nhóm V:

Số liệu nhóm phụ tải V được cho trong bảng dưới đây:

SỐ LƯỢNG

7 4.5 2.8

10 4.5

3.2

14 1.7

14 4.5 2.8

10 4.5

8.1

2 x 17.73 4.3

2 x 17.73 11.4 7.09 15.99

11.4

Trang 14

P* = 0 , 69

7 , 54

38

2 = =

L

P P

hq

n = 0,82

=> n hq =n.n*hq = 10x0 , 82 = 8 , 2

Do đó:

1

95 , 18 7 , 54 31 , 2 15 ,

Stt = 31 , 58

6 , 0

95 , 18

58 , 31

x Ux

f Tính toán nhóm phụ tải VI:

Số liệu nhóm phụ tải VI được cho trong bảng dưới đây:

SỐ LƯỢNG

2.Máy phay ngang

6HKΠ

64614

5.Máy bào ngang 7M36

6.Máy bào giường một trụ

7.máy khoan hướng tâm

3

7

10 4.5

14 4.5 5.62

3

14

10 4.5

17.73 11.4 14.23 7.6

17.73 25.32 11.4

Tra bảng phụ lục I.1 ta có ksd =0.15; cosϕ = 0.6

Trang 15

Nhóm I có n = 9 thiết bị trong đó số thiết bị có công suất không nhỏ hơn 1/2 công suất của thiết bị có công suất lớn nhất là n2 = 6 thiết bị

12 , 51

62 , 43

2 = =

L

P P

hq

n = 0,81

=> n hq =n.n*hq = 9x0 , 81 = 7 , 29

Do đó:

1

02 , 19 12 , 51 48 2 15

Stt = 31 , 7

6 0

02 , 19

7 , 31

x Ux

3 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI CHIẾU SÁNG CỦA PHÂN XƯỞNG SỬA CHỮA CƠ KHÍ: Phụ tải chiếu sáng của phân xưởng sửa chữa cơ khí được xác định theo phương pháp chiếu sáng trên một đơn vị diện tích:

Pcs = po F Trong đó:

Po – suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích chiếu sáng (W/m2)

F – diện tích được chiếu sáng

Trong phân xưởng sửa chữa cơ khí, hệ thống chiếu sáng dùng bóng đèn sợi đốt

Tra phụ lục I.2 ta có po = 15W/m2

=> Phụ tải chiếu sáng của phân xưởng:

Pcs = po x F = 15 x 1968,75 = 29,53Kw Qcs = Pcs.tgϕcs = 0

Trang 16

4.XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TOÀN PHÂN XƯỞNG:

- Phụ tải tính toán toàn phân xưởng:

=> Qpx = 0,8 x (21,33 + 20,93 + 26,97 + 29,01 +25,27 + 25,36) = 119,1 kVAr

- Phụ tải toàn phân xưởng kể cả chiếu sáng:

1 , 119 )

53 , 29 512 , 89 ( )

(P px +P cs +Q px = + +

= 168,31 kVA

Itt = 255 , 84

3 38 , 0

31 , 168

53 , 29 51 ,

P

IV XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CHO CÁC PHÂN XƯỞNG CÒN LẠI:

Do trước công suất đạt và diện tích của các phân xưởng nên ở đây sẽ sử dụng phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

Nội dung của phương pháp xác định phụ tải tính toán (PTTT) theo công suất đặt và hệ

số nhu cầu như sau:

PTTT của phân xưởng được xác định theo các biểu thức:

tt

P Q

- Pdi, Pdmi: Công suất đặt và công suất định mức của thiết bị thứ i

- Ptt, Qtt, Stt: Công suất tác dụng, công suất phản kháng, công suất tính toán của nhóm thiết bị

- n là hệ số thiết bị trong nhóm

Trang 17

- knc là hệ số nhu cầu (tra trong sổ tay kĩ thuật)

Nếu hệ số cosϕ của thiết bị trong nhóm sai khác không nhiều thì cho phép sử dụng hệ

số công suât trung bình để tính toán:

n

n n

P P

P

P P

P

+ + +

=

cos

cos cos

cos

2 1

2 2 1

Tra phụ lục I.3 với phân xưởng luyện gang ta tìm được knc = 0,6; cosϕ = 0,8

Tra phụ lục I.2 ta được suất chiếu sáng Po = 15W/m2, ở đây ta sử dụng đèn sợi đốt có Cosϕcs =1, tgϕcs=0

* Công suất tính toán chiếu sáng:

38 , 0

8 , 3830

*Công suất tính toán của phân xưởng:

- Công suất tính toán tác dụng của phân xương:

Trang 18

Tra phụ lục I.3 với phân xưởng lò Mactin ta tìm được knc = 0,6; cosϕ = 0,8

Tra phụ lục I.2 ta tìm được suất chiếu sáng Po= 15W/m2, ở đấy sử dụng đèn sợi đốt có cosϕcs=1, tgϕcs =0

*Công suất tính toán động lực:

* Công suất tính toán phụ tải của toàn phân xưởng:

- Công suất tính toán tác dụng của phân xưởng:

38 , 0

5 , 3032

Trang 19

38 , 0

11 , 1739

Pcs = Po.F = 15.10505 = 157,58 kW

Qcs = Pcs tgϕcs = 0

* Xét phụ tải 6kV của phân xưởng luyện gang:

P6kV = knc Pđ = 0,6 2500 = 1500 kW

Trang 20

6 , 2142

4 , 0

4398

Pttpx = Pdl + Pcs =2700 + 37,9 = 2737,9 kW

- Công suất tính toán phản kháng của phân xưởng:

Trang 21

38 , 0

4 , 1859

Pcs = Po.F = 12.1463 = 17,56 kW

Qcs = Pcs tgϕcs = 0

Trang 22

* Xét phụ tải 6kV của phân xưởng luyện gang:

38 , 0

953

- Công suất tính toán tác dụng của phân xương:

Tra phụ lục I.2 ta tìm được suất chiếu sáng Po= 20W/m2, ở đấy sử dụng đèn huỳnh quang có cosϕcs=0,85, tgϕcs = 0,62

Trang 23

423

Phụ tải tính toán của các phân xưởng

Tên phân xưởng P đ

BQL và PTN 320 0,8 0,85 20 256 87,76 343,76 246,4 423

VI XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA NHÀ MÁY:

1.PTTT TẠI THỜI ĐIỂM HIỆN TẠI CỦA NHÀ MÁY:

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

Pnm = kdt ∑

=

9 1

i tti P

Trong đó kdt là hệ số đồng thời lấy bằng 0,8

Trang 24

i tti Q

=> Qnm = 0,8 17409 = 13927,2kVAr

* Phụ tải tính toán toàn phần của nhà máy:

2 2

22 ,

S

P

ϕ

VII XÁC ĐỊNH TÂM PHỤ TẢI ĐIỆN VÀ VẼ BIỂU ĐỒ PHỤ TẢI:

1 TÂM PHỤ TẢI ĐIỆN:

Tâm phụ tải điện là điểm thỏa mãn điều kiện mômen phụ tải đạt giá trị cực tiểu

∑n P i l i

1

. min

Trong đó:

- Pi là công suất của phụ tải thứ i đến tâm của phụ tải

- li là khoảng cách của phụ tải thứ I đến tâm phụ tải

Tâm phụ tải là điểm tốt nhất để đặt trạm biến áp trung gian, tủ phân phối, tủ động lực nhằm giảm vốn đầu tư và tổn thất trong lưới điện

Si

x S

Si

y S

Si

z S

1

.

- Si là công suất phụ tải thứ i

- xi, yi, zi là tọa độ phụ tải thứ i tính theo một hệ trục tọa độ tùy ý chọn trong đó tọa

độ z là chiều cao tâm phụ tải Trong thực tế z ít được quan tâm

2 BIỂU ĐỒ PHỤ TẢI ĐIỆN:

Biểu đồ phụ tải điện là một vòng tròn vẽ trên mặt phẳng, có tâm trùng với tâm phụ tải điện, có diện tích tương ứng với công suất của phụ tải theo tỷ lệ xích nào đó tùy chọn Biểu đồ phụ tải điện cho phép người thiết kế hình dung được sự phân bố phụ tải trong phạm vi khu vực cần thiết Từ đó có cơ sở để lập các phương án cung cấp điện Biểu đồ

Trang 25

phụ tải chia thành hai phần: phần phụ tải động lực và phụ tải chiếu sáng ( phần quạt để trắng)

Để vẽ được biểu đồ phụ tải cho các phân xưởng, ta coi phụ tải của các phân xưởng phân bố đều theo diện tích phân xưởng nên tâm phụ tải có thể trùng với 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 biểu thức:

Trong đó m là hệ số tỷ lệ tùy chọn Ở đây chọn m = 3kVA/mm2

Góc của phụ tải chiếu sáng nằm trogn biểu đồ được xác định theo công thức sau:

tt

cs cs

P

360

=

α

Kết quả tính toán Ri và αcs được cho trong bảng sau:

TT TÊN PHÂN XƯỞNG Pcs

(kW) (kW) Ptt (kVA) Stt TÂM PHỤ TẢI R (mm) αcs

Trang 26

CHƯƠNG III

THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN CAO ÁP CỦA NHÀ MÁY

* Sơ đồ cấp điện có ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế và kĩ thuật cũng như các chỉ tiêu về độ tin cậy của hệ thống Vì vậy, một sơ đồ cấp điện phải thỏa mãn những yêu cầu sau:

- Đảm bảo các chỉ tiêu về mặt kinh tế (tổn thất công suất, tổn thất điện năng, …)

- Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

- Phải an toàn cho người và thiết bị

- Thuận tiện và linh hoạt trong việc vận hành và giám sát

- Dễ dàng phát triển để đáp ứng nhu cầu tăng trưởng của phụ tải

- Đảm bảo các yêu cầu về kinh tế ( hợp lý về mặt kinh tế, phù hợp với khả năng đầu tư,…)

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

1 Vạch các phương án cung cấp điện

2 Lựa chọn vị trí, số lượng và dung lượng của các trạm biến áp

Lựa chọn chủng loại, tiết diện các đường dây cho các phương án

Trang 27

3 Tính toán kinh tế kĩ thuật để lựa chọn hợp lý

4 Thiết kế chi tiết cho phương pháp được chọn

* Xác định điện áp truyền tải từ hệ thông về xí nghiệp:

Ta có biểu thức kinh nghiệm để các định điện áp truyền tải như sau:

U = 4,34 l+ 0 , 016 P

Trong đó:

- P là công suất tính toán của nhà máy

- l là khoảng cách từ trạm biến áp trung gian về nhà máy (km)

Với l = 15 km và P = 15669,22kW, ta xác đinh được U = 70,74 kV

Từ kết quả tính toán, ta chọn cấp điện áp trung áp 35 kV từ hệ thống cấp cho nhà máy

Căn cứ vào vị trí, công suất và yêu cầu cung cấp điện của các phân xưởng có thể đưa

ra các phương án cung cấp điện

I.VẠCH CÁC PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN:

1.Lựa chọn trạm biến áp phân xưởng:

Các trạm biến áp (TBA) phân xưởng được lựa chọn dựa trên các nguyên tắc sau:

1 Vị trí đặt TBA phải thỏa mãn các yêu cầu:

- Gần tâm phụ tải

- Thuận tiện cho việc vận chuyển, lắp đặt, vận hành, sửa chữa MBA

- An toàn và kinh tế

2 Số lượng MBA đặt trong các TBA được lựa chọn dựa trên những yêu cầu sau:

- Yêu cầu cung cấp điện của phụ tải

- Điều kiện vận chuyển và lắp đặt

- Chế độ làm việc của phụ tải

Trong mọi trường hợp, mỗi TBA chỉ đặt một MBA sẽ là kinh tế và thuận lợi cho việc vận hành song độ tin cậy cung cấp điện không cao Các TBA cung cấp cho hộ loại I và II chỉ nên đặt 2 MBA, hộ loại III có thể đặt 1 MBA

3 Dung lượng các máy biến áp được chọn theo điều kiện:

n.khc.SdđB ≥ Stt

Trong đó:

- n là số MBA trong trạm biến áp

- khc là hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường lắp đặt khác với nhiệt độ do nhà chế tạo quy định

- Stt là công suất tính toán của trạm

- SdđB là công suất danh định của MBA

4 Điều kiện kiểm tra:

Trong đó:

Trang 28

- kqtsc là hệ số quá tải sự cố thường lấy bằng 1,4 khi thỏa mãn các điều kiện sau:MBA quá tải không quá 5 ngày đêm; mỗi ngày đêm tổng số giờ quá tải không quá 6h, trước khi quá tải MBA vận hành với hệ số quá tải kqt≤ 0,93

TBA sau khi đã loại bỏ những phụ tải không quan trọng đi ( phụ tải loại 3 thậm chí phụ tải loại 2) Thông thường Sttsc = (0,7÷0,8) Stt , ở đây lấy

Sttsc = 0,7 Stt

Khi chọn MBA cũng phải hạn chế chủng loại của MBA dùng trong nhà máy để tạo điều kiện thuận lợicho việc mua sắm, lắp đặt, thay thế, vận hành, sửa chữa và kiểm tra định kỳ

Phương án 1:

Đặt 7 trạm biến áp phân xưởng

a Trạm biến áp B1:

- Cấp điện cho phụ tải 0,4kV của phân xưởng Luyện gang và Trạm bơm

- Trạm đặt hai máy biến áp làm việc song song

* Chọn các máy biến áp:

Điều kiện chọn: n.khc.SđmB ≥Stt = (3830,8+955) = 4785,8kVA

=> SđmB 2392 , 9

1 2

8 , 4785

S

kVA => Chọn MBA tiêu chuẩn có Sđm = 2500 kVA

* Kiểm tra dung lượng MBA:

Điều kiện quá tái sự cố: (n-1).khc.kqtsc.SđmB ≥Sttsc

Trong đó Sttsc lúc này chính là công suất tính toán cho phụ tải 0,4kV của phân xưởng Luyện Gang và Trạm Bơm sau khi cắt một số phụ tải không quan trọng( phụ tải loại III) Sttsc = (0,7 ÷0,8) Stt

=> Sttsc 2495 , 5

4 , 1

8 , 4785 73 , 0 ).

ttsc

k k n S

=> Vậy trạm biến áp B1 đặt hai MBA có Sđm = 2500 kVA là hợp lý

b Trạm biến áp B2:

- Cấp điện cho phân xưởng Lò Mactin và phân xưởng máy cán phôi tấm

Điều kiện chọn: n.khc.SđmB ≥Stt = (3032,5+1739,1) = 4771,6kVA

=> SđmB 2385 , 8

1 2

6 , 47771

kVA

Trang 29

=> Chọn MBA tiêu chuẩn có Sđm = 2500 kVA

Trong đó Sttsc lúc này chính là công suất tính toán cho phụ tải của phân xưởng lò Mactin sau khi cắt một số phụ tải không quan trọng được tính Sttsc = (0,7 ÷0,8) Stt => Sttsc 2488

1 4 , 1 1

6 , 4771 73 , 0 ).

ttsc

k k n

S

c Trạm biến áp B3:

- Cấp điện cho phụ tải 0,4 kV của phân xưởng Cán nóng

- Trạm đặt 2 máy biến áp làm việc song song

Điều kiện chọn: n.khc.SđmB ≥Stt = 4285,7kVA

=> SđmB 22143

1 2

7 , 4285

Trong đó Sttsc lúc này chính là công suất tính toán cho phụ tải 0,4kV của phân xưởng Cán nóng sau khi cắt một số phụ tải không quan trọng được tính Sttsc = (0,7÷0,8) Stt => Sttsc 2296

1 4 , 1 1

7 , 4285 75 , 0 ).

ttsc

k k n

S

d Trạm biến áp B4:

- Cấp điện cho phân xưởng Cán nguội và BQL & PTN

Trang 30

Trong đó Sttsc lúc này chính là công suất tính toán cho phụ tải của phân xưởng Cán nguội sau khi cắt một số phụ tải không quan trọng được tính Sttsc = (0,7÷0,8) Stt Còn BQL & PTN là phụ tải loại III nên khi xảy ra sự cố có thể ngừng cấp điện

=> Sttsc 2080 , 7

1 4 , 1 1

3884 75 , 0 ).

ttsc

k k n

S

e Trạm biến áp B5:

- Cấp điện cho phân xưởng Tôn và phân xưởng Sửa chữa cơ khí

Điều kiện chọn: n.khc.SđmB ≥Stt = (1859,4 + 168,3 ) = 2027,7kVA

=> SđmB 1013 , 9

1 2

7 , 2027

S

=> Sttsc 996 , 1

1 4 , 1 1

4 , 1859 75 , 0 ).

ttsc

k k n

S

f.Trạm biến áp B6:

- Cấp điện áp cho phụ tải 3 kV của phân xưởng luyện Gang và Trạm Bơm

Điều kiện chọn: n.khc.SđmB ≥Stt = (2400 + 1800) = 4200kVA

=> SđmB 2100

1 2

Trang 31

=> Sttsc 2250

1 4 , 1 1

4200 75 , 0 ).

ttsc

k k n

S

h Trạm biến áp B7:

- Cấp điện cho phụ tải 6 kV của phân xưởng Cán nóng

- Trạm đạt hai máy biến áp làm việc song song

=> SđmB 1060

1 2

3 , 2121

S

Trong đó Sttsc lúc này chính là công suất tính toán cho phụ tải của phân xưởng Cán nóng sau khi cắt một số phụ tải không quan trọng được tính Sttsc = (0,7÷0,8) Stt => Sttsc 1136 , 4

1 4 , 1 1

3 , 2121 75 , 0 ).

ttsc

k k n

- Cấp điện cho phụ tải 0,4kV của phân xưởng Luyện gang và Trạm bơm

Điều kiện chọn: n.khc.SđmB ≥Stt = (3830,8+955) = 4785,8kVA

=> SđmB 2392 , 9

1 2

8 , 4785

Trang 32

Trong đó Sttsc lúc này chính là công suất tính toán cho phụ tải 0,4kV của phân xưởng Luyện Gang và Trạm Bơm sau khi cắt một số phụ tải không quan trọng( phụ tải loại III) Sttsc = (0,7 ÷0,8) Stt

=> Sttsc 2495 , 5

4 , 1

8 , 4785 73 , 0 ).

ttsc

k k n S

b.Trạm biến áp B2:

- Cấp điện cho phân xưởng Lò Mactin và phân xưởng máy cán phôi tấm

Điều kiện chọn: n.khc.SđmB ≥Stt = (3032,5+1739,1) = 4771,6kVA

=> SđmB 2385 , 8

1 2

6 , 47771

Trong đó Sttsc lúc này chính là công suất tính toán cho phụ tải của phân xưởng lò Mactin sau khi cắt một số phụ tải không quan trọng được tính Sttsc = (0,7 ÷0,8) Stt => Sttsc 2488

1 4 , 1 1

6 , 4771 73 , 0 ).

ttsc

k k n

Trang 33

Trong đó Sttsc lúc này chính là công suất tính toán cho phụ tải của phân xưởng Cán nóng sau khi cắt một số phụ tải không quan trọng được tính Sttsc = (0,7 ÷0,8) Stt Còn phân xưởng Sửa chữa cơ khí là phụ tải loại 3 có thể ngừng cấp điện khi xảy ra sự cố => Sttsc 2296

1 4 , 1 1

7 , 4285 75 , 0 ).

ttsc

k k n

S

d.Trạm biến áp B4:

- Cấp điện cho phân xưởng Cán nguội, phân xưởng Tôn, BQL & PTN

Điều kiện chọn: n.khc.SđmB ≥Stt = (3884+423+1859,4) = 6166,4kVA

=> SđmB 3083 , 2

1 2

4 , 6166

Trong đó Sttsc lúc này chính là công suất tính toán cho phụ tải của phân xưởng Cán nguội, phân xưởng Tôn sau khi cắt một số phụ tải không quan trọng được tính Sttsc = (0,7 ÷0,8) Stt BQL & PTN là phụ tải loại III nên có thể ngừng cấp điện khi có sự cố => Sttsc 3076 , 82

1 4 , 1 1

) 423 4 , 6166 (

75 , 0 ).

ttsc

k k n

S

e.Trạm biến áp B5:

- Cấp điện áp cho phụ tải 6 kV của phân xưởng luyện Gang và Trạm Bơm

Điều kiện chọn: n.khc.SđmB ≥Stt = (2400 + 1800) = 4200kVA

=> SđmB 2100

1 2

Trang 34

=> Sttsc 2250

1 4 , 1 1

4200 75 , 0 ).

ttsc

k k n

S

f.Trạm biến áp B6:

- Cấp điện cho phụ tải 6 kV của phân xưởng Cán nóng

- Trạm đạt hai máy biến áp làm việc song song

=> SđmB 1060

1 2

3 , 2121

Trong đó Sttsc lúc này chính là công suất tính toán cho phụ tải của phân xưởng Cán nóng sau khi cắt một số phụ tải không quan trọng được tính Sttsc = (0,7÷0,8) Stt

=> Sttsc 1136 , 4

1 4 , 1 1

3 , 2121 75 , 0 ).

ttsc

k k n

S

2.Xác định vị trí các trạm biến áp phân xưởng:

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

- Loại liền kề có một tường của trạm chung với tường của phân xưởng, nhờ vậy 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 mạch hoặc phân xưởng không cao

- Các trạm biến áp dung chung cho nhiều phân xưởng nên dặt ở gần tâm phụ tải, nhờ vậy có thể đưa điện áp cao tới gần hộ tiêu thụ điện và ruất ngắn khá nhiều chiều dài mạng phân phối cao áp của xí nghiệp cũng như mạng hạ áp của phân xưởng, giảm chi

Trang 35

phí kim loại làm dây dẫn và giảm tổn thất Cũng vì vậy nên dùng trạm độc lập, tuy nhiên vốn đầu tư xây dựng trạm sẽ bị 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 ở đây sẽ sử dụng loại trạm biến áp xây dựng, đặt gần tâm phụ tải, gần các trục giao thông trong nhà máy, song cũng cần tính đến khả năng phát triển và mở rộng sản xuất

Để xác định được vị trí đặt các trạm biến áp phân xưởng, cần xác định tâm phụ tải của các phân xưởng hoặc nhóm phân xưởng được cung cấp từ các trạm biến áp đó Việc xác định tâm phụ tải dựa vào các công thức sau:

n

i i i i

S

x S x

1

1 0

n

i i i i

S

y S y

1

1 0

.

Trong đó:

- Si là công suất tính toán toàn phần của phụ tải thứ i ở trong nhóm

- xi và yi là tọa độ của tâm phụ tải thứ i

Kết quả xác định vị trí đặt các trạm biến áp phân xưởng

(Tỉ lệ 10:75.000)

PHƯƠNG ÁN TÊN TRẠM P/X ĐƯỢC CẤP ĐIỆN

VỊ TRÍ ĐẶT

Xoi (mm)

Yoi (mm)

Phương án I

B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7

Luyện gang – Trạm bơm (0.4kV)

Lò Mactin – p/x Máy cán phôi tấm P/x Cán nóng (0,4kV)

P/x Cán nguội – BQL & PTN P/x Tôn – p/x Sửa chữa cơ khí Luyện Gang – Trạm Bơm( 6kV) P/x Cán nóng (6kV)

84.00 69.34 45.45 14.70 20.28 85.43 45.45

46.24 30.35 37.75 36.90 61.02 50.00 37.75 Phương án II

B1 B2 B3 B4 B5 B6

Luyện gang – Trạm bơm (0,4kV)

Lò Mactin – p/x Máy cán phôi tấm Cán nóng – sửa chữa cơ khí

Cán nguội – Tôn – BQL & PTN Luyện Gang và Trạm Bơm (6kV) Cán nóng ( 6kV)

84,00 69,34 45,66 15,31 85,43 45,45

46,24 30,35 38,85 32,95 50,00 37,75

3.Phương án cung cấp điện cho các trạm biến áp phân xưởng:

Trang 36

3.1 Một số phương án cung cấp điện cho các phân xưởng:

a) Phương án dùng sơ đồ dẫn sâu:

Theo phương pháp này, ta đưa đường dây trung áp 35kV vào sâu trong nhà máy đến tận các trạm biến áp phân xưởng Nhờ đưa trực tiếp điện áp cao vào trạm biến áp phân xưởng sẽ giảm được vốn đầu tư xây dựng trạm biến áp trung gian hoặc trạm phân phối trung 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 cung cấp điện không cao, các thiết bị sử dụng trong sơ đồ giá thành đắt và yêu cầu trình độ vận hành phải rất cao, nó chỉ phù hợp với nhà máy có phụ tải rất lớn và các phân xưởng sản xuất nằm tập trung gần nhau nên ở đây ta không xét phương án này

b)Phương án sử dụng trạm biến áp trung gian(TBATG):

Nguồn 35kV từ hệ thống về qua TBATG được hạ xuống điện áp 10 kV cung cấp cho các trạm biến áp phân xưởng Nhờ vậy sẽ giảm được vốn đầu tư cho mạng điện cao áp trong nhà máy cũng như các TBA phân xưởng, vận hành thuận lợi hơn và độ tin cậy cấp điện cũng được cải thiện Song phải xây dựng TBATG, gia tăng tổn thất trong mạng điện cao áp

Nếu sử dụng theo phương án này, vì hộ là hộ loại I nên TBATG phải đặt hai máy biến

áp làm việc với công suất được chọn như sau:

Do đó: SđmB 10482 , 03

1 2

05 , 20964

S

kVA

=> Ta chọn máy biến áp tiêu chuẩn Sđm =12500 kVA

Kiểm tra lại điều kiện dung lượng của máy biến áp theo điều kiện quá tải sự cố với giả thiết các phụ tải không quan trọng có thể ngừng cấp điện khi xảy ra sự cố là 20%, ta có:

4 , 1 1 1

05 , 20964 8 , 0

).

1 (

8 , 0

ttnm

k k n

Từ đây ta thấy TBATG sẽ đặt hai máy biến áp loại: 12500 kVA-35/10kV

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

Theo phương pháp này, điện năng từ hệ thống cung cấp cho các trạm biến áp phân xưởng thông qua TPPTT Nhờ vậy việc quản lý, vận hành mạng điện cao áp nhầmys sẽ thuận lợi hơn, tổn thất 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 thường được sử dụng khi nguồn không cao (≤ 35kV), công suất các phân xưởng tương đối lớn

3.2 Xác định vị trí đặt TBATG (hoặc TPPTT) của nhà máy:

Vị trí đặt TBATG (TPPTT) được xác định dựa vào các biểu thức sau:

Trang 37

S

x S x

1

1 0

n

S

y S y

1

1 0

.

Trong đó:

Si là công suất của phụ tải tính toán thứ i

xi, yi: là tọa độ của tâm phụ tải thứ i

n

i i i

S

x S

n

i i i

S

y S

=> Trên hệ trục tọa độ đang xét ta đặt trạm BATG và PPTT ở điểm có tọa độ (55,41) là hợp lý

4.Lựa chọn các phương án nối dây của mạng điện cao áp:

Nhà máy luyện kim đen là phụ tải loại I nên đường dây từ nguồn 35kV đưa về TBATG (TPPTT) của nhà máy sẽ dùng lộ kép Do tính chất quan trọng của các phân

xưởng nên mạng cao áp trong nhà máy ta sử dụng sơ đồ hình tia lộ kép Sơ đồ này có

ưu điểm là sơ đồ nối dây riêng rẽ nên ít ảnh hưởng lẫn nhau, độ tin cậy cung cấp điện tương đối cao, dễ thực hiện các biện pháp bảo vệ, tự động hóa và dễ vận hành Để đảm bảo mĩ quan và an toàn, các đường dây cao áp trong nhà máy đều được đặt trong hào cáp xây dọc theo các tuyến giao thông nội bộ Từ những phân tích trên có thể đưa ra các phương án như sau:

Phương án I: Phương án III

Trang 38

Phương án II: Phương án IV

II TÍNH TOÁN KINH TẾ KĨ THUẬT – LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN HỢP LÝ:

Để so sánh và lựa chọn phương án tính toán hợp lý, ta sử dụng hàm chi phí tính toán

Z Ta có:

Z = (avh + atc).K + 3.I2

max.R.τ c → min Trong đó:

ahv – hệ số vận hành tra trong sổ tay kĩ thuật, chọn avh = 0,1

atc – hệ số tiêu chuẩn

K – vốn đầu tư cho trạm biến áp và đường dây

Imax – dòng điện lớn nhất chạy qua thiết bị

R – điện trợ của thiết bị

τ – thời gian tổn thất công suất lớn nhất

c – giá tiền 1kWh điện , c = 15000 đ/kWh

A Phương án I:

Trang 39

Phương án sử dụng trạm biến áp trung gian (BATG) nhận điện 35kV từ hệ thống về,

hạ xuống điện áp 10 kV, sau đó cung cấp cho các trạm biến áp phân xưởng Các trạm biến áp phân xưởng B1, B2, B3, B4, B5 hạ điện áp từ 10kV xuống 0,4 kV và biến áp B6, B7 hạ điện áp từ 10kV xuống điện áp 6kV để cấp cho các phân xưởng

*Sơ đồ của phương án:

1.Chọn các máy biến áp trung gian và biến áp phân xưởng – Tính toán tổn thất trong các máy biến áp:

a.Chọn máy biến áp:

Từ những số liệu về công suất đã tính toán ở trên, chọn các MBA được sản xuất tại Công ty Thiết Bị Điện Đông Anh, ta được kết quả như sau:

ΔP N

(kW)

Io (%)

U N

(%)

Số máy Đơn

Giá (10 6 )

Thành tiền (10 6 )