RΣ1 = 2,016 + 0,054 + 0,008 + 2. 0,1 + 2. 0,4 + 4,59 = 7,668 mΩ XΣ1 = XB + XA1 + XTG1 + 2. XA2 + XC1 = 8,8 + 0,07 + 0,0628 + 2. 0,15 + 2,346 = 11,57 mΩ ZΣ1 = RΣ21 +XΣ21 = 7,6682 +11,572 = 13,88 mΩ IN1 = 88 , 13 . 3 400 . 3 1 = Σ Z U = 16,64 kA ixk1 = 2.1,8.IN1 = 42,36 kA Kiểm tra MCCB: Loại NS160N có Icắt N = 36 kA
Loại NS400H có Icắt N = 50 kA
Vậy các MCCB đã chọn đều thoả mãn điều kiện ổn định động. Kiểm tra cáp tiết diện 3x120+70 mm2:
Tiết diện ổn định nhiệt của cáp
F ≥α. I∞. tqd = 6. 16,64. 0,4 = 63,15 mm2 Vậy chọn cáp 3x120+70 mm2 là hợp lý. 2.2) Tính ngắn mạch tại N2: RΣ2 = RΣ2 + 2. RA3 + 2. RT3 + RTG2 + RC2 = 7,668 + 2. 0,55 + 2. 0,65 + 0,26676 + 12,6 = 22,95 mΩ XΣ2 = XΣ2 + 2. XA3 + XTG2 + XC2 = 11,57 + 2. 0,74 + 0,282 + 4,52 = 18,85 mΩ ZΣ2 = RΣ22 + XΣ22 = 22,952 +18,852 = 29,69 mΩ IN2 = 69 , 29 . 3 400 . 3 2 = Σ Z U = 7,78 kA ixk2 = 2.1,8.IN2 = 19,8 kA Kiểm traMCCB: Loại NS160N có IN = 36 kA
Vậy MCCB đã chọn đều thoả mãn điều kiện ổn định động. Kiểm tra cáp tiết diện 4G35 mm2:
Tiết diện ổn định nhiệt của cáp
F ≥α. I∞. tqd = 6. 7,78. 0,4 = 29,52 mm2
IV.3. Lựa chọn thiết bị trong các tủ động lực và dây dẫn đến các thiết bị của phân xởng:
Hình 4.4 - Sơ đồ tủ động lực
1. Các MCCB tổng của các tủ động lực có thông số tơng tự các áptômát nhánh tơng ứng trong tủ phân phối, kết quả lựa chọn ghi trong bảng 4.3.
Bảng 4.3 - Kết quả lựa chọn MCCB tổng trong các TĐL .
Tủ động lực Itt (A) Loại Iđm (A) Uđm (V) (kA)Icắt N Số cực ĐL1 79,4 NS100N 100 415 25 4 ĐL2 68,26 NS100N 80 415 25 4 ĐL3 48,6 C60H 50 415 15 4 ĐL4 136,74 NS160N 160 415 36 4 ĐL5 67,20 NS100N 80 415 25 4 ĐL6 49 C60H 50 415 15 4
2. Các MCCB đến các thiết bị và nhóm thiết bị trong các tủ động lực cũng đợc chọn theo các điều kiện đã nêu ở phần trên. Ví dụ chọn MCCB cho đờng cáp từ TĐLI đến máy tiện ren 4,5 kW và máy tiện tự động 5,1 kW , cosϕ
= 0,6: Uđm.A ≥ Uđm.m = 0,38 kV Iđm.A ≥ Itt = m dm tt U P . . cos . 3 ϕ = 3.0,6.0,38 1 , 5 5 , 4 + = 24,31 A
Chọn MCB loại NC45a do hãng Merlin Gerin chế tạo có Iđm.A = 25 A; Icắt N = 4,5 kA; Uđm.A = 400 V; 4 cực.
Các đờng cáp theo điều kiện phát nóng cho phép: khc. Icp≥ Itt
Trong đó:
Itt - dòng điện tính toán của động cơ.
Icp - dòng điện phát nóng cho phép tơng ứng với từng loại dây, từng tiết diện.
AT
khc - hệ số hiệu chỉnh, lấy khc = 1.
và kiểm tra phối hợp với thiết bị bảo vệ của cáp, khi bảo vệ bằng áptômát: Icp 5 , 1 . 25 , 1 5 , 1 dmA kddt I I = ≥
Ví dụ: Chọn cáp từ tủ ĐL1 đến máy tiện ren 4,5 kW và máy tiện tự động 5,1 kW, cosϕ = 0,6 Icp ≥ Itt = 24,23 A Icp 5 , 1 . 25 , 1 5 , 1 dmA kddt I I = ≥ = 20,83 5 , 1 25 . 25 , 1 = A
Kết hợp hai điều kiện trên ta chọn cáp đồng bốn lõi cách điện PVC do hãng Lens chế tạo tiết diện 2,5 mm2 với Icp = 31 A. Cáp đợc đặt trong ống thép có đờng kính 3/4" chôn dới nền phân xởng.
3. Các MCCB, MCB và đờng cáp khác đợc chọn tơng tự, kết quả ghi trong bảng 4.4. Do công suất của các thiết bị trong phân xởng không lớn và đều đợc bảo vệ bằng áptômát nên ở đây không tính toán ngắn mạch trong phân xởng để kiểm tra các thiết bị lựa chọn theo điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt.
Bảng 4.4 - Kết quả chọn MCB trong các TĐL và cáp đến các thiết bị.
Số Phụ tải Dây dẫn MCB Tên máy trên
b.vẽ (kWPtt) (A)Itt Tiếtdiện (A)Icp Dô.thép hiệuMã (A)Iđm Ikddt(A)/1,5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Nhóm 1
Máy tiện ren 1 4,50 11,40 4G2,5 31 3/4" NC45a 16 20,83
Máy tiện tự động 2 5,10 12,91 4G2,5 31 3/4" NC45a 16 20,83
Máy tiện tự động 2 5,10 12,91 4G2,5 31 3/4" NC45a 16 26,67
Máy tiện tự động 2 5,10 12,91 4G2,5 31 3/4" NC45a 16 26,67
Máy tiện tự động 3 14,0 35,45 4G4 42 3/4" NC45a 40 33,33
Máy tiện tự động 3 14,0 35,45 4G4 42 3/4" NC45a 40 33,33
Máy tiện tự động 4 5,60 14,18 4G2,5 31 3/4" NC45a 16 26,67
Máy tiện tự động 4 5,60 14,18 4G2,5 31 3/4" NC45a 16 26,67
Máy tiện tự động 5 2,20 5,57 4G1,5 23 3/4" NC45a 6 5,00
Máy tiện 6 1,70 4,30 4G1,5 23 3/4" NC45a 6 20,83
Máy phay vạn năng 7 3,40 8,61 4G1,5 23 3/4" NC45a 10 20,83
Máy phay vạn năng 7 3,40 8,61 4G1,5 23 3/4" NC45a 10 20,83
Máy phay ngang 8 1,80 4,56 4G1,5 23 3/4" NC45a 6 20,83
Máy phay đứng 9 14,0 35,45 4G4 42 3/4" NC45a 40 33,33
Máy phay đứng 9 14,0 35,45 4G4 42 3/4" NC45a 40 33,33
Nhóm 2
Máy phay đứng 10 7,00 17,73 4G1,5 23 3/4" NC45a 20 20,83
Máy bào ngang 12 9,00 22,79 4G1,5 23 3/4" NC45a 25 20,83
Máy bào ngang 12 9,00 22,79 4G1,5 23 3/4" NC45a 25 20,83
Máy xọc 13 8,40 21,27 4G1,5 23 3/4" NC45a 25 20,83
Máy xọc 13 8,40 21,27 4G1,5 23 3/4" NC45a 25 20,83
Máy xọc 13 8,40 21,27 4G1,5 23 3/4" NC45a 25 20,83
Máy xọc 14 2,80 7,09 4G1,5 23 3/4" NC45a 10 20,83
M. khoan vạn năng 15 4,50 11,40 4G1,5 23 3/4" NC45a 16 16,67
Máy doa ngang 16 4,50 11,40 4G1,5 23 3/4" NC45a 16 20,83
M. khoan hớng tâm 17 1,70 4,30 4G1,5 23 3/4" NC45a 6 20,83
Máy mài phẳng 18 9,00 22,79 4G1,5 23 3/4" NC45a 25 20,83
Máy mài phẳng 18 9,00 22,79 4G1,5 23 3/4" NC45a 25 20,83
Máy mài tròn 19 5,60 14,18 4G1,5 23 3/4" NC45a 16 20,83
Máy mài trong 20 2,80 7,09 4G1,5 23 3/4" NC45a 10 20,83
Nhóm 3
Máy mài 11 2,00 5,57 4G1,5 23 3/4" NC45a 6 16,67
Máy mài dao cắt gọt 21 2,80 7,09 4G1,5 23 3/4" NC45a 10 8,33
M. mài sắc vạn năng 22 0,65 1,65 4G1,5 23 3/4" NC45a 6 5,00
Máy khoan bàn 23 0,65 1,65 4G1,5 23 3/4" NC45a 6 5,00
Máy khoan bàn 23 0,65 1,65 4G1,5 23 3/4" NC45a 6 5,00
M.ép kiểu trục khuỷu 24 1,70 4,30 4G1,5 23 3/4" NC45a 6 5,00
Máy mài phá 27 3,00 7,60 4G1,5 23 3/4" NC45a 10 8,33
Ca tay 28 1,35 3,42 4G1,5 23 3/4" NC45a 6 5,00
Ca máy 29 1,70 4,30 4G1,5 23 3/4" NC45a 6 5,00
Nhóm 4
Lò điện kiểu buồng 31 30,0 47,98 4G6 54 3/4" NC45a 50 41,67
Lò điện kiểu đứng 32 25,0 39,98 4G4 42 3/4" NC45a 40 33,33
Lò điện kiểu bể 33 30,0 47,98 4G6 54 3/4" NC45a 50 41,67
Bể điện phân 34 10,0 15,99 4G1,5 23 3/4" NC45a 16 13,33
Nhóm 5
Máy tiện ren 43 10,0 25,32 4G2,5 31 3/4" NC45a 32 26,67
Máy tiện ren 43 10,0 25,32 4G2,5 31 3/4" NC45a 32 26,67
Máy tiện ren 44 7,00 17,73 4G1,5 23 3/4" NC45a 20 16,67
Máy tiện ren 45 4,50 11,40 4G1,5 23 3/4" NC45a 16 16,67
Máy phay vạn năng 47 2,80 7,09 4G1,5 23 3/4" NC45a 10 20,83
Máy phay răng 48 2,80 7,09 4G1,5 23 3/4" NC45a 10 16,67
Máy xọc 49 2,80 7,09 4G1,5 23 3/4" NC45a 10 13,33
Máy bào ngang 50 7,60 19,25 4G4 42 3/4" NC45a 20 33,33
Máy bào ngang 50 7,60 19,25 4G4 42 3/4" NC45a 20 33,33
Máy mài tròn 51 7,00 17,73 4G1,5 23 3/4" NC45a 20 20,83
Máy khoan đứng 52 1,80 4,56 4G1,5 23 3/4" NC45a 6 20,83
Búa khí nén 53 10,0 25,32 4G4 42 3/4" NC45a 30 33,33
Quạt 54 3,20 8,10 4G4 42 3/4" NC45a 10 33,33
Biến áp hàn 57 12,5 31,58 4G4 42 3/4" NC45a 32 26,67
Máy mài phá 58 3,20 8,10 4G1,5 23 3/4" NC45a 10 20,83
Khoan điện 59 0,60 1,52 4G1,5 23 3/4" NC45a 6 13,33
Máy cắt 60 1,70 4,30 4G1,5 23 3/4" NC45a 6 13,33
Nhóm 6
Bàn nguội 65 0,50 1,27 4G1,5 23 3/4" NC45a 6 5,00
Máy cuốn dây 66 0,50 1,27 4G1,5 23 3/4" NC45a 6 5,00
Bàn thí nghiệm 67 15,0 37,98 4G4 42 3/4" NC45a 40 33,33
Bể tẩm có đốt nóng 68 4,00 10,13 4G1,5 23 3/4" NC45a 16 13,33
Tủ sấy 69 0,85 2,15 4G1,5 23 3/4" NC45a 6 5,00
Khoan bàn 70 0,65 1,65 4G1,5 23 3/4" NC45a 6 5,00
Kết luận: mạng điện hạ áp đã thiết kế thoả mãn yêu cầu về cung cấp điện, các thiết bị lựa chọn trong mạng đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về mặt kỹ thuật và có tính khả thi.
Chơng V
Tính toán bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất cho nhà máy
V.1. Đặt vấn đề:
Vấn đề sử dụng hợp lý và tiết kiệm điện năng trong các xí nghiệp công nghiệp có ý nghĩa rất lớn đối với nền kinh tế vì các xí nghiệp này tiêu thụ khoảng 55% tổng số điện năng đợc sản xuất ra. Hệ số công suất cosϕ là một trong các chỉ tiêu để đánh giá xí nghiệp dùng điện có hợp lý và tiết kiệm hay không. Nâng cao hệ số công suất cosϕ là một chủ trơng lâu dài gắn liền với mục đích phát huy hiệu quả cao nhất quá trình sản xuất, phân phối và sử dụng điện năng.
Phần lớn các thiết bị tiêu dùng điện đều tiêu thụ công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q. Công suất tác dụng là công suất đợc biến thành cơ năng hoặc nhiệt năng trong các thiết bị dùng điện, còn công suất phản kháng Q là công suất từ hoá trong các máy điện xoay chiều, nó không sinh ra công. Quá trình trao đổi công suất phản kháng giữa náy phát và hộ tiêu dùng điện là một qúa trình dao động. Mỗi chu kỳ của dòng điện, Q đổi chiều bốn lần, giá trị trung bình của Q trong 1/2 chu kỳ của dòng điện bằng không. Việc tạo ra công suất phản kháng không đòi hỏi tiêu tốn năng lợng của động cơ sơ cấp quay máy phát điện. Mặt khác công suất phản kháng cung cấp cho hộ tiêu dùng điện không nhất thiết phải lấy từ nguồn. Vì vậy để tránh truyền tải một l- ợng Q khá lớn trên đờng dây, ngời ta đặt gần các hộ tiêu dùng điện các máy sinh ra ra Q (tụ điện, máy bù đồng bộ,... ) để cung cấp trực tiếp cho phụ tải, làm nh vậy đợc gọi là bù công suất phản kháng. Khi bù công suất phản kháng thì góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong mạch sẽ nhỏ đi, do đó hệ số công suất cosϕ của mạng đợc nâng cao, giữa P, Q và góc ϕ có quan hệ sau:
ϕ = arctgQP
Khi lợng P không đổi, nhờ có bù công suất phản kháng, lợng Q truyền tải trên đờng dây giảm xuống, do đó góc ϕ giảm, kết quả là cosϕ tăng lên.
Hệ số công suất cosϕ đợc nâng cao lên sẽ đa đến những hiệu quả sau: * Giảm đợc tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện. * Giảm đợc tổn thất điện áp trong mạng điện.
* Tăng khả năng phát của các máy phát điện. Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cosϕ
* Nâng cao hệ số công suất cosϕ tự nhiên: là tìm các biện pháp để các hộ tiêu thụ điện giảm bớt đợc lợng công suất phản kháng tiêu thụ nh: hợp lý hoá các quá trình sản xuất, giảm thời gian chạy không tải của các động cơ, thay thế các động cơ thờng xuyên làm việc non tải bằng các động cơ có công suất hợp lý hơn,... Nâng cao hệ số công suất cosϕ tự nhiên rất có lợi vì đa lại hiệu quả kinh tế lâu dài mà không phải đặt thêm thiết bị bù.
* Nâng cao hệ số công suất cosϕ bằng biện pháp bù công suất phản kháng. Thực chất là đặt các thiết bị bù ở gần các hộ tiêu dùng điện để cung cấp công suất phản kháng theo yêu cầu của chúng, nhờ vậy sẽ giảm đợc lợng CSPK phải truyền tải trên đờng dây theo yêu cầu của chúng.
V.2. Chọn thiết bị bù:
Để bù công suất phản kháng cho các hệ thống cung cấp điện có thể sử dụng tụ điện tĩnh, máy bù đồng bộ, động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ quá kích thích,... ở đây ta lựa chọn các bộ tụ điện tĩnh để làm thiết bị bù cho nhà máy. Sử dụng các bộ tụ điện có u điểm là tiêu hao ít công suất tác dụng, không có phần quay nh máy bù đồng bộ nên lắp rắp, vận hành và bảo quản dễ dàng. Tụ điện đợc chế tạo thành từng đơn vị nhỏ, vì thế có thể tuỳ theo sự phát triển của các phụ tải trong quá trình sản xuất mà chúng ta ghép dần tụ điện vào mạng khiến hiệu suất sử dụng cao và không phải bỏ vốn đầu t ngay một lúc. Tuy nhiên, tụ điện cũng có một số nhợc điểm nhất định. Trong thực tế với các nhà máy, xí nghiệp có công suất không thật lớn thờng dùng tụ điện tĩnh để bù công suất phản kháng nhằm mục đích nâng cao hệ số công suất.
Vị trí đặt các thiết bị bù ảnh hởng rất nhiều đến hiệu quả bù. Các bộ tụ điện bù có thể đặt ở TPPTT, thanh cái cao áp, hạ áp của TBAPP , tại các tủ phân phối, tủ động lực hoặc tại đầu cực các phụ tải lớn. Để xác định chính xác vị trí và dung lợng đặt các thiết bị bù cần phải tính toán so sánh kinh tế kỹ thuật cho từng phơng án đặt bù cho một hệ thống cung cấp điện cụ thể. Song theo kinh nghiệm thực tế, trong trờng hợp công suất và dung lợng bù công suất phản kháng của các nhà máy, thiết bị không thật lớn có thể phân bố dung lợng bù cần thiết đặt tại thanh cái hạ áp của các TBAPX để giảm nhẹ vốn đầu t và thuận lợi cho công tác quản lý, vận hành.
V.3. Xác định và phân bố dung lợng bù:
Dung lợng bù cần thiết cho nhà máy đợc xác định theo công thức sau: Qbù = Pttnm. ( tgϕ1 - tgϕ2 ). α
Trong đó:
Pttnm - phụ tải tác dụng tính toán của nhà máy (kW).
ϕ1 - góc ứng với hệ số công suất trung bình trớc khi bù, cosϕ1 = 0,77
ϕ2 - góc ứng với hệ số công suất bắt buộc sau khi bù, cosϕ2 = 0,95
α - hệ số xét tới khả năng nâng cao cosϕ bằng những biện pháp không đòi hỏi đặt thiết bị bù, α = 0,9 ữ 1
Với nhà máy đang thiết kế ta tìm đợc dung lợng bù cần thiết: Qbù = Pttnm. ( tgϕ1 - tgϕ2 ). α
= 5792,16 ( 0,8 - 0,33 ).1 = 2722,3kVAr
V.3.2.Phân bố dung lợng bù cho các trạm biến áp phân xởng:
Từ trạm phân phối trung tâm về các máy biến áp phân xởng là mạng hình tia gồm 5 nhánh có sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế tính toán nh sau:
Hình 5.2 - Sơ đồ thay thế mạng cao áp để phân bố dung lợng bù.
Công thức tính dung lợng bù tối u cho các nhánh của mạng hình tia: Qbi = Qi - td i bu R R Q Q . ) ( − Trong đó:
Qbi - công suất phản kháng cần bù đặt tại phụ tải thứ i [kVAr], Qi - công suất tính toán phản kháng ứng với phụ tải thứ i [kVAr], Q = ∑ =