Thiết kế cung cấp điện cho nhà máy sản xuất kéo

Thiết kế cung cấp điện cho nhà máy sản xuất kéo

Lời nói đầu

Điện năng là một dạng năng lợng phổ biến và có tầm quan trọng khôngthể thiếu đợc trong bất kỳ một lĩnh vực nào của nền kinh tế quốc dân của mỗiđất nớc Nh chúng ta đã xác định và thống kê đợc rằng khoảng 70% điện năngđợc sản xuất ra dùng trong các xí nghiệp, nhà máy công nghiệp Vấn đề đặt racho chúng ta là đã sản xuất ra đợc điện năng làm thế nào để cung cấp điện chocác phụ tải điện cho hiệu quả, tin cậy Vì vậy cung cấp điện cho các nhà máy,xí nghiệp công nghiệp có một ý nghĩa to lớn đối với nền kinh tế quốc dân.

Nhìn về phơng diện quốc gia thì việc đảm bảo cung cấp điện một cách liêntục và tin cậy cho ngành công nghiệp tức là đảm bảo cho nền kinh tế của quốcgia phát triển liên tục và tiến kịp với sự phát triển của nền khoa học công nghệthế giới

Nếu ta nhìn về phơng diện sản xuất và tiêu thụ điện năng thì công nghiệplà ngành tiêu thụ năng lợng nhiều nhất Vì vậy cung cấp điện và sử dụng điệnnăng hợp lý trong lĩnh vực này sẽ có tác dụng trực tiếp đến việc khai thác mộtcách hiệu quả công suất của các nhà máy phát điện và sử dụng hiệu quả lợngđiện năng đợc sản xuất ra.

Một phơng án cung cấp điện hợp lý là phải kết hợp một cách hài hoà cácyêu cầu về kinh tế, độ tin cậy cung cấp điện, độ an toàn cao, đồng thời phảiđảm bảo tính liên tục cung cấp điện, tiện lợi cho việc vận hành, sửa chữa khihỏng hóc và phải đảm bảo đợc chất lợng điện năng nằm trong phạm vi cho phép.Hơn nữa là phải thuận lợi cho việc mở rộng và phát triển trong tơng lai

Với đề tài:

thiết kế cung cấp điện cho nhà máy sản xuất máy kéo

Đã phần nào giúp em làm quen dần với việc thiết kế đề tài tốt nghiệp saunày Trong thời gian làm bài, với sự cố gắng của bản thân, đồng thời với sự giúpđỡ của các thầy cô giáo trong bộ môn hệ thống điện và đặc biệt đợc sự giúp đỡtận tình của thầy : Phan Đăng Khải em đã hoàn thành tốt bài tập dài của mình.Song do thời gian làm bài không nhiều, kiến thức còn hạn chế, nên bài làm củaem không tránh khỏi những thiếu sót Do vậy em kính mong nhận đợc sự góp ý,chỉ bảo của các thầy các cô để em có đợc những kinh nghiệm chuẩn bị cho côngviệc sau này

Em xin chân thành cảm ơn thầy Phan Đăng Khải cùng toàn thể thầy côgiáo trong bộ môn.

Hà Nội, Ngày 18/03/2007Sinh Viên

Trần Anh Cao

mục lục

Lời nói đầu Trang

Chơng I Giới thiệu chung về nhà máy

I Giới thiệu chung về nhà máy 3

II Nội dung tính toán thiết kế 7

Chơng II Xác định phụ tải tính toánI Xác định phụ tải tính toán cho phân xởng sửa chữa cơ khí 8

1 Phân nhóm phụ tải của phân xởng sửa chữa cơ khí 8

2 Tính phụ tải tính toán cho các nhóm thiết bị trong phân xởng 10

II Xác định phụ tải tính toán cho nhà máy 16

1 Tính phụ tải tính toán của các phân xởng trong nhà máy 16

2 Phụ tải tính toán của toàn nhà máy 19

Chơng III Thiết kế mạng điện cao áp cho toàn nhà máyI Nguồn điện 20

II / Biểu đồ phụ tải của toàn nhà máy 20

III / Các phơng án cung cấp điện cho các phân xởng 22

IV/ So sánh kỹ thuật và kinh tế cho các phơng án291 Phơng án I……… 29

3.2 Chọn tủ phân phối cho phân xởng3.3 Lựa chọn MCCB cho tủ phân phối3.4 Chọn cáp từ tủ phân phối đến tủ động lựcIV Tính toán ngắn mạch hạ áp………52

V Lựa chọn các thiết bị trong các tủ động lực và dây dẫn đến các thiết bị của các phân xởng………54

Chơng V Tính toán bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất cosφ cho nhà máyI Đặt vấn đề………58

II Xác định và phân phối dung lợng bù.2.1 Xác định dung lợng bù……… 59

2.2 Phân phối dung lợng bù cho các trạm biến áp phân xởng………59

Chơng VI Thiết kế hệ thống chiếu sáng chung cho phân xởng sửa chữa cơ khí I Đặt vấn đề……….61

II Lựa chọn số lợng và công suất của hệ thống đèn chiếu sáng chung……….63

III Thiết kế mạng điện chiếu sáng……… 63Tài liệu tham khảo

1 TL1-Thiết kế cấp điện, Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm- Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật

2 TL2-Cung cấp điện, Chủ biên Nguyễn Xuân Phú- Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật-2005

3 Ngắn mạch và đứt dây trong hệ thống điện, TS.Phạm Văn Hoà- Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật-2004.

Chơng I

Giới thiệu chung về nhà máyI Giới thiệu chung về nhà máy

1.1 Giới thiệu các quy trình công nghệ trong nhà máy

Ngày nay với sự phát triển không ngừng của các nghành khoa học kỹ thuậtvì vậy sự phát triển của nghành công nghiệp điện là vô cùng cần thiết và không thể thiếu đợc Bất kì một quốc gia nào cũng có những tổ hợp, những khu công nghiệp, khu chế xuất mà ở đó có những nhà máy sản xuất nh : nhà máy dệt, nhà máy thép, nhà máy sản xuất ô tô, máy kéo … Các nhà máy này đòi hỏi cung cấpcho chúng một lợng điện năng rất lớn.

Nhà máy sản xuất máy kéo là một nhà máy mà nó phục vụ cho các nghànhkhác của một quốc gia nh : giao thông vận tải,nông nghiệp….do vậy nó tơng đối quan trọng trong nền công nghiệp Với một quy trình công nghệ chủ yếu là sản xuất, sửa chữa các chi tiết thiết bị, phụ tùng cho máy kéo Do đó, việc cung cấp điện cho nhà máy phải phù hợp với với hệ thống điện khu vực và phát triển dựa theo quy luật chung của nền kinh tế.

Quy trình công nghệ của nhà máy giữ một vị trí tơng đối quan trọng trong nền công nghiệp và nông nghiệp của một đất nớc Chính vì điều này mà mức độ tin cậy cung cấp điện cho nhà máy cũng có một tầm quan trọng Tuy nhiên khi ngừng cung cấp điện thì chỉ dẫn đến hiện tợng ngừng trệ sản xuất và lãng phí laođộng và thiệt hại đến kinh tế và sản phẩm bị hỏng Do đó nhà máy thuộc hộ tiêu thụ loại II và III.

1.2 Phụ tải của nhà máy

Phụ tải của nhà máy có nhiều loại phụ tải khác nhau Mỗi phụ tải có một đặc điểm riêng và các chỉ tiêu xác định điều kiện làm việc khác nhau , đòi hỏi khi cung cấp điện ta phải thoả mãn :

* Công suất định mức và dải công suất của toàn nhà máy* Điện áp định mức và dải tần số

Điện áp định mức của phụ tải toàn nhà máy phải phù hợp với điện áp của hệ thống điện và tơng tự tần số của các thiết bị điện trong nhà máy cũng phải phù hợp với tần số của hệ thống điện

+ Điện áp 3 pha 127/220V ; 220/380V cung cấp cho đại bộ phận các thiết bị trong nhà máy với các tần số công nghiệp là 50 Hz

+ Điện áp 110V 220V cung cấp cho hệ thống chiếu sáng gồm các bóng đèn 110V 220V với tần số công nghiệp 50 Hz

1.3 Yêu cầu về cung cấp điện liên tục

Hầu hết các phụ tải tiêu thụ điện trong nhà máy thuộc hộ loại II do đó tuy có tầm quan trọng tơng đối lớn nhng khi ngừng cung cấp điện nó chỉ dẫn đến thiệt hại về kinh tế do h hỏng sản phẩm, ngừng trệ sản xuất và lãng phí lao động

Vì vậy nhà máy có thể chỉ cần cung cấp bằng một nguồn điện nh

1.4 Các thông số của nhà máy

Hình 1.1 Sơ đồ mặt bằng nhà máy số 6.

Sè trªn mÆt b»ng

1 Ban qu¶n lý vµ phßng thiÕt kÕ 80

6 Ph©n xëng söa ch÷a c¬ khÝ Theo tÝnh to¸n

B¶ng 1.1 Phô t¶i cña nhµ m¸y

Ký hiÖu trªn mÆt b»ng

17 M¸y tiÖn ren 1 20

66 Máy hàn điểm 1 25 kVA

* Thiết kế mạng cao áp cho toàn nhà máy

* Thiết kế mạng hạ áp cho phân xởng sửa chữa cơ khí* Tính toán ngắn mạch và kiểm tra thiết bị

* Tính bù công suất phản kháng* Thiết kế chiếu sáng.

Chơng II

Xác định phụ tải tính toán

Trong thiết kế cung cấp điện thì phụ tải tính toán là số liệu rất quan trọng Vì nhờ có phụ tải tính toán ta mới có thể chọn đợc các thiết bị điện : MBA, dây dẫn và các thiết bị đóng cắt cũng nh các thiết bị bảo vệ khác …, đồng thời mới có thể tính đợc các tổn thất :điện áp, tổn thất công suất, tổn thất điện năng và ta chọn đợc thiết bị bù.

Để xác định phụ tải tính toán một cách chính xác là rất khó khăn vì phụ tảiđiện phụ thuộc vào các yếu tố nh : Công suất, số lợng các thiết bị và chế độ vận hành cũng nh các quy trình công nghệ của thiết bị trong vận hành Nếu ta xác định phụ tải tính toán không chính xác thì sẽ xảy ra một số trờng hợp sau : +Nếu phụ tải tính toán Ptt < Pthựctế (phụ tải thực tế) khi đó sẽ làm giảm tuổi thọ của thiết bị và không những thế có thể gây cháy nổ vì các thiết bị bảo vệ đã chọnkhông đảm bảo đợc yêu cầu tác động khi xảy ra sự cố

+ Nếu phụ tải tính toán Ptt > Pthực tế khi đó sẽ dẫn đến lãng phí cho đầu t vốn nhngkhông mang lại hiệu quả gì về kinh tế cũng nh kỹ thuật

Nhà máy sản xuất máy kéo là một nhà máy lớn bao gồm nhiều phân xởng nhỏ cấu thành Vì vậy để xác định đợc phụ tải tính toán của nhà máy ta phải đi xác định phụ tải tính toán cho các phân xởng sau đó ta mới xác định phụ tải tính toán cho toàn nhà máy

Để đa ra đợc một phơng pháp tính toán phù hợp ta cần phải lựa chọn dựa trên các phơng pháp tính toán đã có.

I Xác định phụ tải tính toán cho phân xởng sửa chữa cơ khí

Trớc khi xác định phụ tải tính toán cho toàn phân xởng ta phân nhóm các phụ tảira và tính toán cho các nhóm đó

1 / Phân nhóm phụ tải của phân xởng sửa chữa cơ khí

Để phân nhóm phụ tải của phân xởng tốt ta cần phải tuân theo các nguyên tắc chung khi phân nhóm :

+ Các thiết bị trong nhóm nên có cùng chế độ làm việc + Các thiết bị trong nhóm nên ở gần nhau về vị trí

+ Tổng công suất của các nhóm trong phân xởng nên chênh lệch ít

Từ những nguyên tắc phân nhóm trên ta phân ra đợc phụ tải trong xởng sửa chữa cơ khí ra làm 6 nhóm nh trong bảng 2-1

Bảng 2.1 Phân nhóm thiết bị trong phân xởng

Tên

nhóm Tên thiết bị điện trong nhóm Số l-ợng

Ký hiệu trên mặtbằng

Công suất đặt định mức(KW)Một

thiết bị

Tổng số thiết bị

Máy tiện ren 1 15 4,5 4,5

2/ Tính phụ tải tính toán cho các nhóm thiết bị trong phân xởng.

2.1/ Các phơng pháp tính phụ tải tính toán

a/ Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

Phụ tải tính toán đợc xác định theo công thức:

(2-1)

Q . (2-2)

S  (2-3)Trong đó:

+po: là suất phụ tải trên 1m2 diện tích sản xuất (kW/m2) + F: là diện tích sản xuất m2

Đối với phơng pháp này thì kết quả chỉ gần đúng, vì vậy nó thờng đợc dùng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, tính phụ tải các phân xởng có mật độ máy móc sản xuất phân bố tơng đối đều.

c / Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sảnphẩm

Xác định theo công thức:

Ptt  (2-5) Trong đó :

+M : là số đơn vị sản phẩm đợc sản xuất ra trong một năm

+a0 : là suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm(kWh/đơn vị sản phẩm)

+ Tmax : là thời gian sử dụng công suất lớn nhất, h

Phơng pháp này hay đợc dùng cho các thiết bị mà có đồ thị phụ tải ít biến đổi với kết quả tơng đối chính xác.

d Phơng pháp xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại và công suất trung bình ( phơng pháp số thiết bị hiệu quả ).

Phơng pháp này thì phụ tải tính toán đợc xác định theo công thức : Ptt= kmax ksd.Pđm (2-6)

Trong đó ta có:

+ Pđm: Công suất định mức (kW)

+ ksd, kmax: là hệ số cực đại và hệ số sử dụng

Phơng pháp này có các bớc tính toán tơng đối phức tạp do vậy mà kết quả xác định phụ tải tính toán của phơng pháp là tơng đối chính xác

Từ các phơng pháp xác định phụ tải tính toán đã đợc nêu trên ta thấy rằng các thiết bị dùng điện trong phân xởng dùng điện là 380 V, (U< 1000V) do vậy ta chọn phơng pháp tính theo số thiết bị hiệu quả bởi vì phơng pháp này cho kết quả tơng đối chính xác

2.2/ Nội dung chi tiết của phơng pháp hệ số kmax và công suất trung bình Ptb để tínhphụ tải tính toán cho phân xởng cho phân xởng sửa chữa cơ khí

Từ công thức (2-6) : Ptt = kmax ksd.Pđm

Trong trờng hợp này khi tính toán cho một nhóm thiết bị thì khi đó công thức 6) sẽ nh sau :



max ( 2-7 ) Trong đó :

+n : là số thiết bị trong nhóm

+Pđmi : công suất định mức của thiết bị thứ i (kW)

Trong 2 công thức (2-6) và (2-7) ta thấy rằng ta cần phải đi xác định hệ số kmax và ksd

a/Xác định hệ số sử dụng: ksd

Hệ số sử dụng là tỉ số giữa phụ tải tác dụng trung bình với công suất tác dụng định mức của thiết bị Nó nói lên mức độ sử dụng của thiết bị điện trong một chukỳ làm việc.

Hệ số ksd đợc xác định theo công thức: +Đối với một thiết bị:

k  (2-8)

+ Đối với một nhóm có n thiết bị:

kmax  (2-10)

Hệ số cực đại kmax là tỉ số đợc xác định trong khoảng thời gian đang xét và nó ờng đợc ứng với ca làm việc có phụ tải lớn nhất Hệ số này phụ thuộc vào số thiết bị hiệu quả và hệ số ksd, các yếu tố đặc trng cho chế độ làm việc của các thiết bị trong nhóm.

Trên thực tế ngời ta tính kmax theo đờng cong kmax= f (nhq,ksd) hoặc tra theo bảng PL.1.6.TL1.

c/ Xác định hệ số thiết bị hiệu quả (nhq)

Số thiết bị hiệu quả nhq là số thiết bị giả thiết có cùng công suất và chế độ làm việc, chúng đòi hỏi phụ tải bằng phụ tải tính toán của nhóm phụ tải thực tế (gồmcác thiết bị có chế độ làm việc và công suất khác nhau ).

Xác định hệ số thiết bị hiệu quả theo công thức :

n* 1; * 1

nhq = n nhq* (2-2) Trong đó:

+ n : Số thiết bị trong nhóm

+ n1:Số thiết bị có công suất không nhỏ hơn một nửa

công suất của thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm + P , P1 : Tổng công suất ứng với n và n1 thiết bị

Sau khi tính đợc n* và p* ta sử dụng bảng 3 PL.1.5.TL1 để tìm nhq*, từ đó tính nhq

theo công thức:

nhq=nhq*.n

d/ Xác định công suất trung bình: (ptb)

Phụ tải trung bình là một đặc trng tính của phụ tải trong một khoảng thời gian nào đó Tổng phụ tải trung bình của các thiết bị cho ta căn cứ vào đó để đánh giágiới hạn tính toán

Phụ tải trung bình đợc xác định theo công thức :

ptb  ; tb 

Đối với một nhóm thiết bị thì: 

Trong đó :

+ P, Q : Điện năng tiêu thụ trong một khoảng thời gian khảo sát, kW ,kVAr + t : Thời gian khảo sát, h

Phụ tải trung bình là một thông số rất quan trọng để xác định phụ tải tính toán, tổn thất điện năng

e/ Các lu ý khi áp dụng phơng pháp này để xác định phụ tải tính toán

Trong một số trờng hợp cụ thể ta có thể dùng một số công thức gần đúng sau : + Trờng hợp : n  3 và nhq < 4 khi đó phụ tải tính toán đợc xác định theo công thức :

. ( 2-14 )Trong đó : kpt là hệ số phụ tải từng máy

Ta có thể lấy nh sau :

kp t= 0,9 đối với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn

kp t = 0,75 đối với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại + Trờng hợp : nhq > 300 và ksd < 0,5 thì hệ số kmax đợc lấy ứng với

nhq= 300 Nếu nhq > 300 và ksd  0,5 thì khi đó Ptt = 1,05 ksd Pđm (2-15 )

+ Trờng hợp các thiết bị có đồ thị phụ tải bằng phẳng nh : máy bơm, quạt nén khí…

Ptt=Ptb=ksd Pđm (2-16)

+ Nếu trong mạng có các thiết bị một pha thì ta phải cố gắng phân bổ đều các thiết bị đó lên 3 pha của mạng và tính phụ tải tính toán cho nó theo phơng pháp một số phụ tải đặc biệt.

Phụ tải đỉnh nhọn.

Là phụ tải xuất hiện trong khoảng thời gian ngắn từ 1s2s nó dùng để kiểm tra dao động điện áp, điều kiện tự khởi động của động cơ, điều kiện làm việc của cầu chì ….và chúng đợc xác định nh sau :

+ Đối với một máy :

I đn = Imm =kkđ Iđm (2-17)Trong đó : kkđ là hệ số mở máy.

Đối với các động cơ lồng sóc, dây quấn thì : kkđ = 5 đến 7 Đối với các lò điện thì : kkđ  3

Đối với máy, động cơ một chiều : k kđ = 2,5 + Đối với một nhóm máy :

Iđn = Immmax + ( Itt - ksd Iđmmax) (2-18) Trong đó :

Immmax : là dòng mở máy lớn nhất của thiết bị trong nhóm

Iđmmax : là dòng định mức của thiết bị có dòng mở máy lớn nhất.

2.3/Xác định phụ tải tính toán cho các nhóm thiết bị của phân xởng sửa chữa cơ khí.

Tổng công suất của các thiết bị trong nhóm: P =17,35 kW

Số thiết bị có công suất không nhỏ hơn một nửa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất : n1= 5

Tổng công suất của n1 thiết bị là: P1= 15,7 kW

Ta tra bảng 2-2 TL2 ta có ksd lấy chung cho toàn phân xởng là ksd = 0,15 và cosφ =0,6  tg t b=1,33.

+Xác định : n* và p*

Tra bảng ta có nhq*= 0,81 nên nhq= nhq* n = 0,81.7  6 (thiết bị) ksd=0,15 và nhq =6  kmax=2,64

Phụ tải tính toán của nhóm I: Pt t= kmax.ksd.

=2,64.0,15.17,35 = 6,87 kW Qtt=Ptttgtb =6,87.1,33=9,14 kVAr

Stt = 11,456

kVAVậy dòng điện tính toán :

17,4038

Tính dòng đỉnh nhọn của nhóm : áp dụng công thức (2-18) Iđn = 5.11,4 + 0,85.32,54 = 84,66 (A)

Việc tính toán với các nhóm còn lại đợc tiến hành hoàn toàn tơng tự Kết quả ghitrong bảng 2.3.

V 9,17 12,2 15,28 23,22 126,65

Bảng 2.3 Phụ tải tính toán của PXSCCK

2.4/ Tính toán công suất chiếu sáng của phân xởng sửa chữa cơ khí.

Công suất chiếu sáng đợc xác định theo công thức: Pttcs =p0.F (2-22)Trong đó :

p0: Suất chiếu sáng Tra theo bảng PL1.2.TL1

F: là diện tích phân xởngTrong phân xởng xửa chữa cơ khí hệ thống chiếu sáng sử dụng đèn sợi đốt, tra tài liệu với phân xởng sửa chữa cơ khí ta có p0=150020W/m2

 Pttcs =p0.F =15.1100 = 16,5 kW

Qttcs =Pttcs.tgφcs=0 (đèn sợi đốt cosφcs=1)

2.5/ Xác định phụ tải tính toán của toàn phân xởng.

Phụ tải tác dụng của phân xởng:

1/Tính phụ tải tính toán của các phân xởng trong nhà máy

Vì khi thiết kế các phân xởng còn lại của nhà máy không có những số liệu chi tiết, cụ thể nên phụ tải động lực của các phân xởng này đợc xác định theo phơng pháp hệ số nhu cầu.

ở phơng pháp này có u điểm: tính toán đơn giản, thuận tiện nhng trái lại nó lại không đạt độ chính xác cao

áp dụng phơng pháp nh sau :

Công thức tính toán phụ tải tác dụng động lực:

Pttdlpx=knc.Pđ (2-23) Qttdlpx =Pttdlpx.tgt b (2-24)Trong đó :

+Pttdlpx: công suất tác dụng động lực của phân xởng

 (2-25)dòng điện tính toán đợc xác định theo công thức :

I  (2-26)

a/ Ta tính phụ tải tính toán động lực cho ban quản lý và phòng thiết kếCông suất đặt: 80 kW

Diện tích: 1255 m2

Tra bảng PL 1.3.TL1 ta có: knc= 0,7; cost b= 0,7  tgt b= 1,02

Tra bảng ta tìm đợc suất chiếu sáng p0 = 20 W/m2, ở đây ta sử dụng đèn huỳnh quang có cosφcs=0,95, tgφcs=0,33

Công suất tính toán động lực:Pđl=knc.Pđ=0,7 80 = 56 kW

Qdl= Pđl.tgφcs= 1,02 56 = 57,12 kWCông suất tính toán chiếu sáng:Pcs= p0.F=20.1255 = 25,1 kW

Qcs = Pcs.tg φcs =25,1.0,33 = 8,28 kVArCông suất tính toán tác dụng của phân xởng: Ptt=Pđl+ Pcs= 56+ 25,1 = 81,1 kW Công suất tính toán phản kháng của phân xởng:

Qtt = Qđl + Qcs= 57,12 + 8,28 = 65,4 kVAr Công suất tính toán toàn phần của phân xởng:

2281,1265,42104,18

 tttt

Itt = 158,2938

b/ Các phân xởng còn lại đợc tính hoàn toàn tơng tự, kết quả ghi trong bảng.

2 Phụ tải tính toán của toàn nhà máy.

Phụ tải tính toán của toàn nhà máy đợc xác định theo công thức : 22

S  (2-28)

Với:

Pttnm=kđt.10

P Qttnm=kđt.

Trong đó :

+kđt: là hệ số đồng thời Trong trờng hợp này ta lấy kđt=0,85

+Ptti:tổng phụ tải tác dụng tính toán của các phân xởng trong nhà máy + Qtti tổng công suất phản kháng của các phân xởng trong nhà máy Từ đó ta có:

Pttnm =0,85 10635,49 = 9040,17 kW Qttnm =0,85 10990,48 =9341,91 kVAr  Sttnm = (9040,17)29341,91212999,84

AHệ số công suất cosφ của toàn nhà máy:

=0,7

Chơng iii

thiết kế mạng điện cao áp cho nhà máy sản xuất máy kéoI Nguồn điện

Nguồn điện các nhà máy 15 km, dung lợng ngắn mạch phía hạ áp của trạmbiến áp khu vực là 250 MVA.

Cấp điện áp hợp lý cho đờng dây tải điện từ hệ thống về nhà máy đợc tính theo công thức Still:

U 4,34.16 kVTrong đó:

P – Công suất truyền tải, MWl – Chiều dài đờng dây, km

ở chơng trớc ta đã tính đợc Ptt = 9 MW nên

II / Biểu đồ phụ tải của toàn nhà máy

Xác định các vòng tròn phụ tải của các phân xởng:

Ta biểu diễn biểu đồ phụ tải của các phân xởng là những vòng tròn có diện tích tỉlệ với công suất tính toán của phân xởng đó và đợc tính toán qua công thức : Stti =  R2

i m Trong đó :

Stti : là công suất tính toán của phân xởng thứ i R2

i: là bán kính vòng tròn phụ tải của phân xởng thứ i m : là hệ số tỉ lệ (kVA/mm2)

Từ công thức (4-1) ta có:

Trong biểu đồ hình tròn thì độ lớn của góc  nó biểu thị cho độ lớn của công suất tính toán chiếu sáng, nó đợc xác định theo biêủ thức :



Tên phân xởng Pcs

5 PX luyện kim đen 67,5 1567,5 2190,42 40 12 12 16

8 Phân xởng nhiệt luyện 56,25 2506,25 3107,68 87 51 14 89 Bộ phận nén khí 26,25 1046,25 1475,49 106 39 10 9

Bảng 3.1 Tính toán các đờng tròn phụ tải

Từ kết quả tính toán trong bảng ta vẽ đợc biểu đồ phụ tải của các phân xởng nh hình vẽ sau:

Biểu đồ phụ tải nhà máy:

III / Các phơng án cung cấp điện cho các phân xởng

Từ các số liệu tính toán ta thấy quy mô sản xuất của nhà máy là lớn do vậyta sẽ dự định đặt 1trạm phân phối trung gian 35kV hoặc 1 trạm biến áp trung gian 35/10 kV để phân phối điện áp cho các máy BA phân xởng Máy BA phân xởng ta dự định đặt một số trạm tuỳ theo phụ tải tính toán của các phân xởng Vì đây là nhà máy chế tạo máy kéo do vậy vai trò của nó rất quan trọng trong các lĩnh vực, do đó nó đòi hỏi độ tin cậy cung cấp điện cũng rất cao nên

mạng điện nối từ trạm biến áp khu vực tới nhà máy ta dùng đờng dây trên không và đi lộ kép và để đảm bảo mỹ quan và an toàn mạng cao áp trong nhà máy ta dùng cáp ngầm

Các trạm biến áp phân xởng ta dùng loại trạm kề có một mặt tờng giáp vớitờng của phân xởng

Trạm phân phối trung gian 35 kV hoặc trạm biến áp trung gian đặt tại tâm phụ tải của toàn nhà máy

*/ Xác định tâm phụ tải của toàn nhà máy

Tâm phụ tải của nhà máy đợc xác định theo công thức :

(4-4)

Trong đó : Xi,Yi: là toạ độ tâm phụ tải thứ i

X0,Yo:là toạ độ tâm phụ tải của toàn nhà máy

Vởy ta sẽ chọn vị trí ( 52,37) để đặt trạm phân phối trung tâm hoặc trạm biến áp trung gian

*/ Các phơng án cung cấp điện cho nhà máy :

1.Phơng án về các trạm biến áp phân xởng:

Các trạm biến áp đợc lựa chọn trên các nguyên tắc sau:

+ Vị trí đặt trạm biến áp phải thỏa mãn các yêu cầu: gần tâm phụ tải ; thuận tiệncho việc vận chuyển , lắp đặt , vận hành , sữa chữa máy biến áp ; an toàn và kinh tế.

+ Số lợng máy biến áp đặt trong các trạm biến áp đợc lựa chọn căn cứ vào yêu cầu cung cấp điện của phụ tải; điều kiện vận chuyển và lắp đặt; chế độ làm việc của phụ tải Trong mọi trờng hợp trạm biến áp đặt 1 máy biến áp sẽ là kinh tế và thuận lợi cho việc vận hành, song độ tin cậy cung cấp không cao Các trạm biến áp cung cấp cho hộ loại I và loại II nên đặt 2 máy biến áp , hộ loại III có thể chỉ đặt 1 máy biến áp.

+ Dung lợng các máy biến áp đợc chọn theo điều kiện: n.khc.Sđm ≥Stt

và kiểm tra theo điều kiện sự cố một MBA (trong trạm có nhiều hơn 1 MBA).(n-1) khc.Sđm ≥Stt

Trong đó:

n- số máy biến áp có trong trạm biến áp.

khc- hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trờng, ta chọn loại máy biến áp chế tạo tại Việt Nam nên không cần hiệu chỉnh nhiệt độ, khc = 1.

kqt- hệ số quá tải sự cố, kqt = 1,4 nếu thỏa mãn điều kiện MBA vận hành quá tải không quá 5 ngày đêm , thời gian quá tải trong một ngày đêm không vợt quá 6h trớc khi quá tải MBA vận hành với hệ số tải ≤ 0,93.

không quan trọng để giảm nhẹ dung lợng của MBA, nhờ vậy có thể giảm nhẹ ợc vốn đầu t và tổn thất của trạm trong trạng thái làm việc bình thờng Giả thiết trong các hộ loại I có 30% là phụ tải loại III nên Sttsc = 0,7.Stt

đ-Đồng thời cũng cần hạn chế chủng loại MBA dùng trong nhà máy để tạo điều kiện thuận lợi cho việc mua sắm, lắp đặt, thay thế vận hành, sữa chữa và kiểm trađịnh kỳ

a/ Phơng án 1: Đặt 7 TBA phân xởng, trong đó:

a.1 Trạm biến áp B1: Cấp điện cho phụ tải của Ban quản lý & phòng thiết kế cùng phân xởng cơ khí số 2.

n.khc.SddmB ≥ Stt = 2262,18 kVASđmB ≥ 2262,182 = 1131,09 kVA.

Vậy ta chọn máy biến áp tiêu chuẩn Sđm = 1250 kVA.

Kiểm tra lại dung lợng máy biến áp đã chọn theo điều kiện quá tải sự cố,

phân xởng cơ khí số 2 sau khi cắt một số phụ tải không quan trọng trong phân ởng (30% phụ tải loại 3), còn Ban quản lý & phòng thiết kế là phụ tải loại 3 nên khi sự cố có thể tạm ngừng cung cấp điện:

SđmB ≥ 0,17,.4Stt 0,7.(22621,18,4104,18)

= 1079 kVA.

Vậy trạm biến áp B1 đặt hai máy biến áp Sđm = 1250 kVA.

a.2 Trạm biến áp B2: Cấp điện cho phụ tải của phân xởng cơ khí số 1.n.khc.SddmB ≥ Stt = 2418,35 kVA

SđmB ≥ 2418,352 = 1209,18 kVA.

Vậy ta chọn máy biến áp tiêu chuẩn Sđm = 1250 kVA.

Kiểm tra lại dung lợng máy biến áp đã chọn theo điều kiện quá tải sự cố,

một số phụ tải không quan trọng trong phân xởng (30% phụ tải loại 3).

SđmB ≥ 0,17,.4Stt 0,7.24181,4 ,35

= 1209,18 kVA.

Vậy trạm biến áp B1 đặt hai máy biến áp Sđm = 1250 kVA.

a.3 Trạm biến áp B3: Cấp điện cho phụ tải của phân xởng luyện kim màu và phân xởng sửa chữa cơ khí.

n.khc.SddmB ≥ Stt = 1717,4 kVASđmB ≥ 1717,42 = 858,7 kVA.

Vậy ta chọn máy biến áp tiêu chuẩn Sđm = 1000 kVA.

Kiểm tra lại dung lợng máy biến áp đã chọn theo điều kiện quá tải sự cố,

xởng sửa chữa cơ khí sau khi cắt một số phụ tải không quan trọng trong phân ởng (30% phụ tải loại 3), còn phân xởng sửa chữa cơ khí là phụ tải loại 3 nên khisự cố có thể tạm ngừng cung cấp điện:

SđmB ≥ 0,17,.4Stt 0,7.(17171,,44 148,22)

= 784,59 kVA.

Vậy trạm biến áp B3 đặt hai máy biến áp Sđm = 1000 kVA.

a.4 Trạm biến áp B4: Cấp điện cho phụ tải của phân xởng luyện kim đen.n.khc.SddmB ≥ Stt = 2190,42 kVA

SđmB ≥ 2190,422 = 1095,21 kVA.

Vậy ta chọn máy biến áp tiêu chuẩn Sđm = 1250 kVA.

Kiểm tra lại dung lợng máy biến áp đã chọn theo điều kiện quá tải sự cố,

Sttsc lúc này chính là công suất tính toán cho phân xởng luyện kim đen sau khi cắt một số phụ tải không quan trọng trong phân xởng (30% phụ tải loại 3).

SđmB ≥ 0,17,.4Stt 0,7.21901,4 ,42

= 1095,21 kVA.

Vậy trạm biến áp B4 đặt hai máy biến áp Sđm = 1250 kVA.

a.5 Trạm biến áp B5: Cấp điện cho phụ tải của phân xởng rèn và kho vật liệu.n.khc.SddmB ≥ Stt = 2239,65 kVA

SđmB ≥ 2239,652 = 1119,83 kVA.

Vậy ta chọn máy biến áp tiêu chuẩn Sđm = 1250 kVA.

Kiểm tra lại dung lợng máy biến áp đã chọn theo điều kiện quá tải sự cố,

khi cắt một số phụ tải không quan trọng trong phân xởng (30% phụ tải loại 3).

SđmB ≥ 0,17,.4Stt 0,7.(22391,65,4113,82)

= 1062,92 kVA.Vậy trạm biến áp B5 đặt hai máy biến áp Sđm = 1250 kVA.

a.6 Trạm biến áp B6: Cấp điện cho phụ tải của phân xởng nhiệt luyện.n.khc.SddmB ≥ Stt = 3107,68 kVA

SđmB ≥ 3107,682 = 1553,84 kVA.

Vậy ta chọn máy biến áp tiêu chuẩn Sđm = 1600 kVA.

Kiểm tra lại dung lợng máy biến áp đã chọn theo điều kiện quá tải sự cố,

một số phụ tải không quan trọng trong phân xởng (30% phụ tải loại 3).

SđmB ≥ 0,17,.4Stt 0,7.31071,4 ,68

= 1553,84 kVA.

Vậy trạm biến áp B6 đặt hai máy biến áp Sđm = 1600 kVA.

a.7 Trạm biến áp B7: Cấp điện cho phụ tải của Bộ phận nén khí n.khc.SddmB ≥ Stt = 1475,49 kVA

SđmB ≥ 1475,492 = 737,75 kVA.

Vậy ta chọn máy biến áp tiêu chuẩn Sđm = 750 kVA.

Kiểm tra lại dung lợng máy biến áp đã chọn theo điều kiện quá tải sự cố,

phụ tải không quan trọng trong phân xởng (30% phụ tải loại 3).

b.4 Trạm biến áp B4: Cấp điện cho phụ tải của phân xởng luyện kim đen.Giống nh phơng án 1, S = 1250 kVA

b.5 Trạm biến áp B5: Cấp điện cho phụ tải của phân xởng rèn, Bộ phận nén khí và kho vật liệu.

n.khc.SddmB ≥ Stt = 3692,32 kVASđmB ≥ 3692,322 = 1846,16 kVA.

Vậy ta chọn máy biến áp tiêu chuẩn Sđm = 2500 kVA.

Kiểm tra lại dung lợng máy biến áp đã chọn theo điều kiện quá tải sự cố,

kho vật liệu sau khi cắt một số phụ tải không quan trọng trong phân xởng (30% phụ tải loại 3) Kho vật liệu là phụ tải loại 3 nên có thể tạm ngừng cung cấp điện khi có sự cố.

n.khc.SddmB ≥ Stt sc = 0,7.Stt

SđmB ≥ 0,17,.4Stt 0,7.(36921,32,4113,82)

= 1789,25 kVA.Vậy trạm biến áp B5 đặt hai máy biến áp Sđm = 2500 kVA.

b.6 Trạm biến áp B6: Cấp điện cho phụ tải của phân xởng nhiệt luyện Giống nh phơng án 1, S = 1600 kVA

2/ Xác định vị trí các trạm biến áp phân xởng.

Trong các nhà máy thờng sử dụng các kiểu trạm biến áp phân xởng:

+ Các trạm biến áp cung cấp điện cho một phân xởng có thể dùng loại liền kề có một tờng của trạm chung với tờng của phân xởng nhờ vậy tiết kiệm đợc vốn xây dựng và ít ảnh hởng đến công trình khác.

+Trạm lồng cũng đợc sử dụng để cung cấp điện cho một phần hoặc toàn bộ một phân xởng vì có chi phí đầu t thấp, vận hành, bảo quản thuận lợi song về mặt an toàn khi có sự cố trong trạm hoặc phân xởng không cao.

+ Các trạm biến áp dùng chung cho nhiều phân xởng nên đặt gần tâm phụ tải, nhờ vậy có thể đa điện áp cao tới gần hộ tiêu thụ điện và rút ngắn khá nhiều chiều dài mạng phân phối cao áp của xí nghiệp cũng nh mạng hạ áp phân xởng, giảm chi phí kim loại làm dây dẫn và giảm tổn thất Cũng vì vậy nên dùng trạm độc lập, tuy nhiên vốn đầu t 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 ngời cũng nh thiết bị , đảm bảo mỹ quancông nghiệp ở đây sẽ sử dụng loại trạm xây, 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 lựa chọn đợc vị trí đặt các trạm biến áp phân xởng cần xác định tâm phụ tải của các phân xởng hoặc nhóm phân xởng đợc cung cấp điện từ các trạm biến áp đó.

* Xác định vị trí đặt trạm biến áp B1 (phơng án 1):cung cấp điện cho Ban quản lý & phòng thiết kế cùng phân xởng cơ khí số 2.

x01 =

= 104104,18,.182 21582158,,6565.12

= 11,54 mm.

y01 =

=

= 17,2 mm

Căn cứ vào vị trí của nhà xởng ta đặt trạm biến áp B1 tại vị trí M()

Đối với các trạm biến áp phân xởng khác , tính toán tơng tự ta xác định đợc vị tríđặt phù hợp cho các trạm biến áp phân xởng trong phạm vi nhà máy.

Vị trí đặt các trạm biến áp phân xởng đợc ghi trong bảng dới đây:

Kết quả đặt các trạm biến áp đợc cho dới bảng sau:

3/ Phơng án cung cấp điện cho các trạm biến áp phân xởng.

a Các ph ơng án cung cấp điện cho các trạm biến áp phân x ởng:

+ Phơng án sử dụng sơ đồ dẫn sâu:

Đa đờng dây trung áp 35 kV vào sâu trong nhà máy đến tận các trạm biến áp phân xởng Nhờ đa điện áp cao vào trạm biến áp phân xởng sẽ giảm đợc vốn đầut xây dựng trạm biến áp trung gian hoặc trạm phân phối trung tâm , giảm đợc tổnthất và nâng cao năng lực truyền tải của mạng Tuy nhiên nhợc 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 các nhà máy có phụ tải rất lớn và các phân xởng sản xuất nằm tập trung gần nhau nên ở đây ta không xét đến phơng án này.

+ Phơng án sử dụng trạm biến áp trung gian (TBATG).

Nguồn 35 kV từ hệ thống về qua TBATG đợc hạ xuống điện áp 10 kV để cung cấp cho các trạm biến áp phân xởng Nhờ vậy sẽ giảm đợc vốn đầu t cho mạng điện cao áp trong nhà máy cũng nh các TBA phân xởng, vận hành thuận

lợi hơn và độ tin cậy cung cấp điện cũng đợc cải thiện Song phải đầu t xây dựng TBATG, gia tăng tổn thất cho mạng cao áp Nếu sử dụng phơng án này, vì nhà máy là hộ loại I nên TBATG phải đặt hai máy biến áp với công suất đợc chọn theo điều kiện:

n.Sđm B ≥ Sttnm =12999,84 kVA Sđm B ≥ Sttnm2 = 6499,92 kVA.

Chọn máy biến áp tiêu chuẩn Sđm = 7500 kVA.

Kiểm tra lại dung lợng máy biến áp đã chọn theo điều kiện quá tải sự cố vói giả thiết các hộ trong nhà máy đều có 30% là phụ tải loại III có thế tạm ngừng cung cấp điện khi cần thiết:

(n-1).kqt.Sđm B ≥ Stt sc

Sđm B ≥ 0,71.,S4ttnm =6499,92 kVA.

Vậy tại trạm biến áp trung gian sẽ đặt 2 MBA loại: 7500 kVA – 35/10kV.

+ Phơng án sử dụng trạm phân phối trung tâm (TPPTT):

Điện năng từ hệ thống cung cấp cho các trạm biến áp phân xởng thông qua TPPTT Nhờ vậy việc quản lý, vận hành mạng điện cao áp nhà máy sẽ thuận lợi hơn , tổn thất trong mạng giảm , độ tin cậy cung cấp điện đợc gia tăng, song vốn đầu t cho mạng cũng lớn hơn Trong thực tế đây là phơng án thờng đợc sử dụng khi điện áp nguồn không cao hơn 35 kV , công suất các phân xởng tơng đối lớn.b Xác định vị trí đặt trạm biến áp trung gian (của nhà máy), trạm phân phối trung tâm.

Vị trí tốt nhất để đặt trạm biến áp trung gian, trạm phân phối trung tâm chính là tâm phụ tải của nhà máy Đó chính là vị trí có tọa độ là (52,37).

c Lựa chọn các ph ơng án nối dây của mạng cao áp.

Do tính chất quan trọng của các phân xởng nên mạng cao áp trong nhà máy ta sửdụng sơ đồ hình tia, lộ kép Sơ đồ này có u điểm là sơ đồ nối dây rõ ràng, các trạm biến áp phân xởng đều đợc cấp điện từ một đờng dây riêng nên ít ảnh hởng lẫn nhau, độ tin cậy cung cấp điện không cao, dễ thực hiện biện pháp bảo vệ, tự động hóa và dễ vận hành Để đảm bảo mỹ quan và an toàn các tuyến giao thông nội bộ Từ những phân tích thêm có thể đa ra 4 phơng án thiết kế mạng cao áp đ-ợc trình bày trong hình dới đây:

Hình 3.1 Dự kiến các phơng án cấp điện cao áp

IV/ So sánh kỹ thuật và kinh tế cho các phơng án

Để so sánh và lựa chọn phơng án hợp lý ta sử dụng hàm chi phí tính toán Z và chỉ xét đến những phần khác nhau trong các phơng án để giảm khối lợng tính toán:

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

max.R.τ.c → minTrong đó:

avh –hệ số vận hành , avh = 0,1; atc –hệ số tiêu chuẩn, atc = 0,2;

K-vốn đầu t cho trạm biến áp và đờng dây; Imax-dòng điện lớn nhất chạy qua thiết bị; R-điện trở của thiết bị;

τ – thời gian tổn thất công suất lớn nhất;

c- giá tiền 1kWh tổn thất điện năng, c = 1000 đ/kWh.

1 Phơng án I.

Phơng án sử dụng TBATG nhận điện 35kV từ hệ thống về, hạ xuống điện áp 10kV sau đó cung cấp cho các trạm biến áp phân xởng Các trạm biến áp đều hạ từ điện áp 10kV xuống 0,4kV để cung cấp cho các phân xởng.

a Chọn máy biến áp phân xởng và xác định tổn thất điện năng ΔA trong các

trạm biến áp.

Hình 4.2 Sơ đồ đi dây phơng án I*/ Chọn máy biến áp phân x ởng.

Trên cơ sở chọn đợc sông suất MBA ở phần trên ta có kết quả chọn máy biến áp cho các trạm biến áp phân xởng:

TBA Sđm

(kVA) U(kV)c/Uh ΔP0

(kW) ΔPn

(%) I(%)0 Số máy Đơn giá(106 đ)

Thành tiền(106 đ)

Tổng vốn đầu t cho trạm biến áp: KB =3588,2.106 đ

Bảng 3.4 Vốn đầu t cho các trạm biến áp trong phơng án I

*/ Xác định tổn thất điện năng ΔA trong các trạm biến áp.

Tổn thất điện năng ΔA trong các trạm biến áp đợc tính theo công thức:ΔA = n ΔP0.t + n1 ΔPn.

. kWhTrong đó:

n-số máy biến áp ghép song song (n = 2)

t-thời gian máy biến áp vận hành, với MBA vận hành suốt năm t=8760 h.τ-thời gian tổn thất công suất lớn nhất.

τ = (0,124 + 10-4.Tmax)2.8760 h Với Tmax = 3960 h ta tính đợc τ = 2369 h.

ΔP0, ΔPn – tổn thất công suất không tải và tổn thất công suất ngắn mạch của MBA

Stt –công suất tính toán của TBA Sdm –công suất định mức của MBA.

Kết quả tính toán tổn thất điện năng trong các trạm biến áp của phơng án I.Tên TBA Số máy Stt(kVA) Sđm(kVA) ΔP0(kW) ΔPn(kW) ΔA(kWh)

Tổng tổn thất điện năng trong các TBA: ΔAB =1,25.106 kWh

Bảng 3.5 Tổn thất điện năng trong các trạm biến áp phơng án I

b Chọn dây dẫn và xác định tổn thất công suất, tổn thất điện năng trong

mạng điện.

*/ Chọn cáp cao áp từ trạm biến áp trung gian về các trạm biến áp phân x ởng.Cáp cao áp đợc chọn theo mật độ kinh tế của dòng điện jkt Đối với nhà máy sản xuất máy kéo, thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax = 3960h, sử dụng cáp lõiđồng, tra bảng ta tìm đợc jkt = 3,1 A/mm2.

Tiết diện kinh tế của cáp: Fkt =

Dựa vào trị số Fkt tính ra đợc, tra bảng lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp gần nhất.Kiểm tra tiết diện cáp đã chọn theo điều kiện phát nóng:

khc.Icp ≥ Isc

Trong đó:

Isc- dòng điện xảy ra khi sự cố đứt 1 cáp, Isc = 2Imax

khc =k1.k2

k1- hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ, lấy k1 =1.

k2 – hệ số hiệu chỉnh về số dây cáp cùng đặt trong một rãnh, các rãnh đều đặt 2 cáp, khoảng cách giữa các sợi cáp là 300 mm Tra phụ lục tìm đợc k2 = 0.93.

Vì chiều dài cáp từ TBATG đến các TBA ngắn nên tổn thất điện áp nhỏ ta có thểbỏ qua không cần kiểm tra lại theo điều kiện ΔUcp.

Chọn cáp từ TBATG đến B1.Imax =

= 65,3 A.Tiết diện kinh tế của cáp:

Kiểm tra tiết diện cáp đã chọn theo điều kiện phát nóng:0,93.Icp = 0,93.140 = 130,2 < 2.Imax = 130,6 A

Vậy ta phải chọn cáp có Ftc = 35 mm2, Icp = 170 A

Kiểm tra tiết diện cáp đã chọn theo điều kiện phát nóng:0,93.Icp = 0,93.170 = 158,1 > 2.Imax = 130,6 A

Chọn cáp có tiết diện F = 35 mm2 với Icp = 170 A

Tính toán hoàn toàn tơng tự cho các đờng cáp còn lại Kết quả ghi trong bảng 3.6