Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy chế tạo máy kéo

Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy chế tạo máy kéo Nền kinh tế nói riêng và diện mạo xã hội nói chung của đất nước đang thay đổi từng ngày với tốc độ nhanh chóng nhằm mục tiêu hội nhập với nền kinh tế khu vực và vươn tầm quốc tế. Đóng góp rất lớn vào sự đổi mới đó là nền công nghiệp ngày một phát triển. Đất nước ta với nền công nghiệp còn non trẻ với mục tiêu phát triển mạnh nhưng rất chú trọng đến tính bền vững, nó thể hiện ở việc đặc biệt phát triển ngành công nghiệp chế tạo máy, phục vụ trực tiếp cho sự phát triển nền công nghiệp đất nước. Một trong những ngành đó là ngành sản xuất chế tạo máy kéo, với mục tiêu hiện đại hoá nền nông nghiệp vốn là một thế mạnh trong nền kinh tế quốc dân. Với tốc độ phát triển như vậy của đất nước, nhu cầu và yêu cầu về điện năng không ngừng gia tăng và đã đóng vai trò then chốt trong việc thúc đẩy tốc độ phát triển đó. Đi đôi với sự lớn mạnh của nền kinh tế là các qui trình công nghệ, máy móc ngày một hiện đại, đòi hỏi chất lượng điện năng, độ tin cây, an toàn…hết sức nghiêm ngặt. Do đó việc thiết kế hệ thống cung cấp điện đòi hỏi độ tin cậy tuyệt đối nhất có thể đạt được đồng thời với tính kinh tế hiệu quả nhất vì kinh tế đất nước ta còn hạn chế… Với đề tài: “Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy chế tạo máy kéo”, sau quá trình học tập và tìm hiểu em đã hoàn thành bài tập dài. Tuy đã nỗ lực rất nhiều nhưng do thiếu kinh nghiệm thực tế và kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy em rất mong nhận được các ý kiến đánh giá, chỉ bảo của thầy cô giáo để em được mở rộng, nâng cao kiến thức. Em xin chân thành cảm ơn sự giảng dạy, hướng dẫn tận tình của thầy giáo Lê Việt Tiến cùng các thầy cô đã giúp em hoàn thành bài tập dài này. Hà nội, ngày 26 tháng 11 năm 2013 Sinh viên thực hiện Đặng Văn Tuệ CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY Nhà máy sản xuất máy kéo có quy mô khá lớn với 13 phân xưởng và nhà làm việc. Phụ tải của nhà máy được cho trong bảng dưới đây: Phụ tải của nhà máy sản xuất máy kéo TT Tên phân xưởng Công suất đặt (kW) Diện tích (m2) Loại hộ tiêu thụ 1 Khu nhà phòng ban quản lý và xưởng thiết kế 200 III 2 Phân xưởng (PX) đúc 1500 I 3 PX gia công cơ khí 3600 I 4 PX cơ lắp ráp 3200 I 5 PX luyện kim màu 1800 I 6 PX luyện kim đen 2500 I 7 PX sửa chữa cơ khí Theo tính toán III 8 PX rèn dập 2100 I 9 PX nhiệt luyện 3500 I 10 Bộ phận nén khí 1700 III 11 Trạm bơm 800 I 12 Kho vật liệu 60 III 13 Chiếu sáng phân xưởng Theo diện tích Nhà máy có nhiệm vụ chế tạo ra các loại máy kéo để cung cấp cho các ngành kinh tế trong nước và xuất khẩu. Đứng về mặt tiêu thụ điện năng thì nhà máy là một trong những hộ tiêu thụ lớn. Đánh giá tổng thể toàn xí nghiệp cơ khí ta thấy tỷ lệ (%) của phụ tải loại I là 67%. Phụ tải loại I lớn gấp 2 lần phụ tải loại III, do đó xí nghiệp được đánh giá là hộ phụ tải loại I, vì vậy yêu cầu cung cấp điện phải được đảm bảo liên tục. Sơ đồ mặt bằng toàn nhà máy sản xuất máy kéo 1.2 NỘI DUNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 1. Xác định phụ tải tinh toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí và toàn nhà máy. 2. Thiết kế mạng điện cao áp cho toàn nhà máy. 3. Bù công suất phản kháng nâng cao hệ số công suất cosφ của nhà máy. CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA CÁC PHÂN XƯỞNG VÀ TOÀN NHÀ MÁY 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN Phụ tải tính toán Ptt là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải thực tế 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. Ptb ≤ Ptt ≤ Pmax Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu Ptt = knc.Pđ (2.1) Trong đó: knc là hệ số nhu cầu, tra trong sổ tay kỹ thuật Pđ: công suất đặt của thiết bị hoặc nhóm thiết bị, trong tính toán lấy Pđ Pdđ . Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình về hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải Ptt = khd.Ptb (2.2) Trong đó : khd là hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải Ptb là công suất trung bình của thiết bị hoặc nhóm thiết bị (kW). Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và độ lệch của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình Ptt = Ptb ± β.σ (2.3) Trong đó : σ là độ lệch của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình β là hệ số tán xạ của  Ptb là công suất trung bình của thiết bị hoặc nhóm thiết bị. Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số cực đại Ptt = kmax.Ptb = kmax.ksd.Pdđ (2.4) Trong đó : Pdđ là công suất danh định của thiết bị hoặc nhóm thiết bị (kW) kmax là hệ số cực đại, tra trong sổ tay kĩ thuật theo quan hệ kmax = f (nhq; ksd) ksd là hệ số sử dụng, tra trong sổ tay kĩ thuật nhq là số thiết bị dùng điện hiệu quả. Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho một đợn vị sản phầm (2.5) Trong đó: a0 là suất chi phí điện năng cho một đơn vị sản phẩm (kWhđvsp) M là số sản phẩm sản suất trong một năm

LỜI NÓI ĐẦU

Nền kinh tế nói riêng và diện mạo xã hội nói chung của đất nước đang thay đổitừng ngày với tốc độ nhanh chóng nhằm mục tiêu hội nhập với nền kinh tế khu vực vàvươn tầm quốc tế Đóng góp rất lớn vào sự đổi mới đó là nền công nghiệp ngày mộtphát triển Đất nước ta với nền công nghiệp còn non trẻ với mục tiêu phát triển mạnhnhưng rất chú trọng đến tính bền vững, nó thể hiện ở việc đặc biệt phát triển ngànhcông nghiệp chế tạo máy, phục vụ trực tiếp cho sự phát triển nền công nghiệp đất nước.Một trong những ngành đó là ngành sản xuất chế tạo máy kéo, với mục tiêu hiện đạihoá nền nông nghiệp vốn là một thế mạnh trong nền kinh tế quốc dân

Với tốc độ phát triển như vậy của đất nước, nhu cầu và yêu cầu về điện năngkhông ngừng gia tăng và đã đóng vai trò then chốt trong việc thúc đẩy tốc độ phát triển

đó Đi đôi với sự lớn mạnh của nền kinh tế là các qui trình công nghệ, máy móc ngàymột hiện đại, đòi hỏi chất lượng điện năng, độ tin cây, an toàn…hết sức nghiêm ngặt

Do đó việc thiết kế hệ thống cung cấp điện đòi hỏi độ tin cậy tuyệt đối nhất có thể đạtđược đồng thời với tính kinh tế hiệu quả nhất vì kinh tế đất nước ta còn hạn chế…Với đề tài: “Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy chế tạo máy kéo”, sauquá trình học tập và tìm hiểu em đã hoàn thành bài tập dài Tuy đã nỗ lực rất nhiềunhưng do thiếu kinh nghiệm thực tế và kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏinhững thiếu sót, vì vậy em rất mong nhận được các ý kiến đánh giá, chỉ bảo của thầy

cô giáo để em được mở rộng, nâng cao kiến thức

Em xin chân thành cảm ơn sự giảng dạy, hướng dẫn tận tình của thầy giáo Lê Việt Tiến cùng các thầy cô đã giúp em hoàn thành bài tập dài này.

Hà nội, ngày 26 tháng 11 năm 2013

Sinh viên thực hiện

Đặng Văn Tuệ

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY

Nhà máy sản xuất máy kéo có quy mô khá lớn với 13 phân xưởng và nhà làm việc.Phụ tải của nhà máy được cho trong bảng dưới đây:

Phụ tải của nhà máy sản xuất máy kéo

TT Tên phân xưởng Công suất đặt

(kW) Diện tích(m2) Loại hộ tiêuthụ

1 Khu nhà phòng ban quản

13 Chiếu sáng phân xưởng Theo diện tích

Nhà máy có nhiệm vụ chế tạo ra các loại máy kéo để cung cấp cho các ngành kinh tếtrong nước và xuất khẩu Đứng về mặt tiêu thụ điện năng thì nhà máy là một trong những hộtiêu thụ lớn Đánh giá tổng thể toàn xí nghiệp cơ khí ta thấy tỷ lệ (%) của phụ tải loại I là

67% Phụ tải loại I lớn gấp 2 lần phụ tải loại III, do đó xí nghiệp được đánh giá là hộ phụ tải loại I, vì vậy yêu cầu cung cấp điện phải được đảm bảo liên tục.

Sơ đồ mặt bằng toàn nhà máy sản xuất máy kéo

1.2 NỘI DUNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

1 Xác định phụ tải tinh toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí và toàn nhà máy

2 Thiết kế mạng điện cao áp cho toàn nhà máy

3 Bù công suất phản kháng nâng cao hệ số công suất cosφ của nhà máy

CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA CÁC PHÂN

XƯỞNG VÀ TOÀN NHÀ MÁY2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN

Phụ tải tính toán Ptt là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải thực

tế về mặt hiệu quả phát nhiệt hoặc mức độ huỷ hoại cách điện Nói cách khác, phụ tải tínhtoán cũng đốt nóng thiết bị lên tới nhiệt độ tương tự như phụ tải thực tế gây ra

Ptb ≤ Ptt ≤ Pmax

1 Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

Ptt = knc.Pđ (2.1)Trong đó:

 knc là hệ số nhu cầu, tra trong sổ tay kỹ thuật

 Pđ: công suất đặt của thiết bị hoặc nhóm thiết bị, trong tính toán lấy

PđPdđ

Từ hệ thống đến

2 Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình về hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải

Ptt = khd.Ptb (2.2)Trong đó :

 khd là hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải

 Ptb là công suất trung bình của thiết bị hoặc nhóm thiết bị (kW)

3 Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và độ lệch của

đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình

Ptt = Ptb ± β.σ (2.3)Trong đó :

 σ là độ lệch của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình

 β là hệ số tán xạ của 

 Ptb là công suất trung bình của thiết bị hoặc nhóm thiết bị

4 Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số cực đại

Ptt = kmax.Ptb = kmax.ksd.Pdđ (2.4)Trong đó :

 Pdđ là công suất danh định của thiết bị hoặc nhóm thiết bị (kW)

 kmax là hệ số cực đại, tra trong sổ tay kĩ thuật theo quan hệ

kmax = f (nhq; ksd)

 ksd là hệ số sử dụng, tra trong sổ tay kĩ thuật

 nhq là số thiết bị dùng điện hiệu quả

5 Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho một đợn

vị sản phầm

0 tt max

a MP

T



(2.5)Trong đó:

a0 là suất chi phí điện năng cho một đơn vị sản phẩm (kWh/đvsp)

M là số sản phẩm sản suất trong một năm

Tmax là thời gian sử dụng công suất lớn nhất (h)

6 Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo suất trang bị điện trên một đơn diện tích

Ptt = p0.F (2.6)Trong đó:

 p0 là suất trang bị điện trên một đơn vị diện tích (W/m2)

– Các thiết bị điện trong cùng một nhóm nên để gần nhau để giảm thiểu chiều dài

đường dây hạ áp nhờ vậy có thể tiết kiệm được vốn đầu tư và tổn thất trên cácđường dây hạ áp trong phân xưởng

– Chế độ làm việc của các thiết bị trong cùng một nhóm nên giống nhau để việc xác

định phụ tải tính toán được thuận tiện và chính xác hơn và thuận lợi cho việc lựachọn phương thức cung cấp điện cho nhóm

– Tổng công suất của các nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại tủ động lực cần

dùng trong phân xưởng và toàn nhà máy Số thiết bị trong cùng một nhóm khôngnên quá nhiều vì đầu ra tủ động lực thường từ 8 ÷ 16

– Tuy nhiên thường thì rất khó để thỏa mãn cùng một lúc tất cả các nguyên tắc trên,

do đó người thiết kế phải lựa chọn cách phân nhóm hợp lý nhất có thể

Dựa vào nguyên tắc phân nhóm phụ tải công suất đặt và sơ đồ mặt bằng các thiết bị, ta

có thể chia các thiết bị trong phân xưởng sửa chữa cơ khí thành các nhóm như sau:

Kết quả phân nhóm phụ tải

STT Tên thiết bị Số lượng Kí hiệu trên

2 Máy tiện ren 4 2 10 40

Nhóm 3

10 Máy mài hai phía 1 12 2,8 2,8

Nhóm 5

2.2.2.1 Tính toán cho nhóm 1:

Danh sách các thiết bị trong nhóm 1

STT Tên thiết bị Số lượng Kí hiệu trên

mặt bằng

Pđm ( kW )

1 máy Toàn bộ

n n

đm n

P P P

≈ 0,82với n* = 0,38; P* = 0,82 tra bảng [I.5- TL1] ta được nhq* = 0,57

nhq = nhq*.n = 0,69.13 ≈ 7

Tra bảng [I.6-TL1] với Ksd = 0,15 và nhq = 7 được Kmax = 2,48

d

103U  3.380

= 91,67 A

2.2.2.2 Tính toán cho nhóm 2

Danh sách các thiết bị trong nhóm 2

STT Tên thiết bị Số lượng Kí hiệu trên

mặt bằng 1 máyPđm ( kW )Toàn bộ

n n

đm n

P P

P

≈ 0,8với n* = 0,64; P* = 0,8 tra bảng [I.5- TL1] ta được nhq* = 0,86

Itt =

3 tt

d

103U  3.380

= 52,83 A

2.2.2.3 Tính toán cho nhóm 3

Danh sách các thiết bị trong nhóm 3

STT Tên thiết bị Số lượng Kí hiệu trên

mặt bằng 1 máyPđm ( kW )Toàn bộ

n n

đm n

P P P

≈ 0,61với n* = 0,42; P* = 0,61 tra bảng [I.5- TL1] ta được nhq* = 0,81

d

103U  3.380

= 49,94 A

2.2.2.4 Tính toán cho nhóm 4

Danh sách các thiết bị trong nhóm 4

STT Tên thiết bị Số lượng Kí hiệu trên

mặt bằng

Pđm ( kW )

1 máy Toàn bộ

n n

đm n

P P P

≈ 0,57với n* = 0,38; P* = 0,57 tra bảng [I.5- TL1] ta được nhq* = 0,86

d

103U  3.380

= 48,59 A

2.2.2.5 Tính toán cho nhóm 5

Danh sách các thiết bị trong nhóm 5

STT Tên thiết bị Số lượng Kí hiệu trên

mặt bằng 1 máyPđm ( kW )Toàn bộ

n n

đm n

P P P

≈ 0,55với n* = 0,21; P* = 0,55 tra bảng [I.5- TL1] ta được nhq* = 0,54

d

S 25, 42

103U  3.380

= 38,62 ASau khi tính toán cho tất cả các nhóm, ta có bảng tổng kết:

Kêt quả phụ tải tính toán các nhóm

2.2.3 Tính toán phụ tải chiếu sáng của toàn phân xưởng sửa chữa cơ khí

Phụ tải chiếu sáng được tính theo công suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích:

Pcs = P0 FTrong đó:

 P0 suất phụ tải chiếu sáng trên một đơn vị diện tích (W/m2)

 F diện tích phân xưởng (m2)

Diện tích chiếu sáng toàn phân xưởng:

F = 63 18 = 1134 m2Suất phụ tải chiếu sáng cho phân xưởng sửa chữa cơ khí:

P0 = 15 W/m2, tra [PL I.2 – TL1]

Thay số ta được:

Pcs = 15.1134 = 17010 W = 17,01 kWChiếu sáng dùng bóng đèn sợi đốt với Qcs = 0 (cosφ = 1)

2.2.4 Xác định phụ tải tính toán toàn phân xưởng sửa chữa cơ khí

Công thức tính toán phụ tải động lực toàn phân xưởng:

Pđl = Kđt 1

n tti i

Ptt = Pđl + Pcs = 88,98+ 17,01 = 106,02 kW

Qtt = Qđl = 118,63 kVArCông suất tính toán toàn phân xưởng:

Stt = Ptt2Q2tt  1062118,632 = 159,92 kVA

2.3 XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CÁC PHÂN XƯỞNG CÒN LẠI

Do chi biết trước công suất đặt và diện tích của các phân xưởng nên tính phụ tải tínhtoán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu:

Ptt = Knc.Pđ = Knc.PđmTrong đó:

 Pđ, Pđm: công suất đặt, công suất định mức của phân xưởng

 Knc: hệ số nhu cầu về phụ tải tác dụng ( tra theo PLI.3 TL [1] )

2.3.1 Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng đúc

Công suất đặt: Pđ = 1500 kW

Diên tích phân xưởng: F = 3068 m2

Tra [PL I.3 – TL1] có Knc = 0,6 và cosφ = 0,8→ tgφ = 0,75

Tra [PL I.2 – TL1] có suất chiếu sáng P0 = 15 W/m2

Công suất tính toán động lực:

Pđl = Knc.Pđ = 0,6.1500 =900 kWQđl = Pđl.tgφ = 900.0,75 =675 kVArCông suất tính toán chiếu sáng:

Pcs =P0.F = 15.3068 = 46020 W = 46 kWQcs = 0 (Dùng bóng đèn sợi đốt cosφ = 1)Công suất tính toán của phân xưởng:

Ptt = Pđl + Pcs = 900 + 46,02 = 946 kWQtt = Qđl + Qcs = Qđl = 675 kVArCông suất toàn phần của phân xưởng:

tt tt tt

S  P  Q  946  675  1162,1 kVA

2.3.2 Xác định PTTT của các phân xưởng khác

Tính toán tương tự ta xác định được PTTT của các phân xưởng khác, kết quả được chotrong bảng:

Kết quả xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng còn lại

Bảng tổng hợp phụ tải tính toán của các phân xưởng

STT Tên phân xưởng Ptt (kW) Qtt (kVAr) Stt (kVA)

1 Phòng ban quản lý và xưởng thiết kế 191.60 76.8 206.42

5 PX luyện kim màu 1312.40 945 1617.22

2.4 XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN TOÀN NHÀ MÁY

Nhà máy có 12 phân xưởng, phòng ban nên đánh giá mức độ làm việc đồng thời khácao, chọn hệ số đồng thời Kđt = 0,85

Phụ tải tác dụng của nhà máy:

Ptt = Kđt

n tti

Qtt = Kđt

n tti

 St: Phụ tải tính toán ở năm thứ t

 S0: Phụ tải tính toán ở năm đầu tiên

 t: thời gian dự báo

 α: hệ số phát triển hàng năm của phụ tải hay suất tăng phụ tải trung bình hàngnăm (được dự báo), lấy α = 0,02

Xét sự phát triển của phụ tải trong khoảng 10 năm, áp dụng công thức:

Stt(10) = S0(1+α.t) =15400, 3.(1+0,02.10) = 18480 kVATương tự:

Ptt(10) = 10999,85 (1+0,02.10) = 13199,8 kWQtt(10) = 10779,22 (1+0,02.10) = 12959,8 kVArDòng điện tính toán:

18480

304,84

tt tt

P 13199,8

S 18480

2.5 XÁC ĐỊNH TÂM PHỤ TẢI ĐIỆN VÀ VẼ BIỂU ĐỒ PHỤ TẢI ĐIỆN

Việc phân bố các trạm biến áp trong phạm vi xí nghiệp là vấn đề quan trọng để xâydựng sơ đồ cung cấp điện có các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật cao, đảm bảo được chi phí hàngnăm nhỏ Để xác định được vị trí đặt các trạm biến áp ta xây dựng biểu đồ phụ tải trên mặtbằng tổng của xí nghiệp

Biểu đồ phụ tải là một vòng tròn có diện tích bằng phụ tải tính toán của phân xưởngtheo một tỉ lệ lựa chọn.Mỗi phân xưởng có một biểu đồ phụ tải, tâm đường tròn biểu đồ phụtải trùng với tâm của phụ tải phân xưởng, tính gần đúng có thể coi phụ tải của phân xưởngđồng đều theo diện tích phân xưởng

Biểu đồ phụ tải cho phép hình dung được rõ ràng sự phân bố phụ tải trong xí nghiệp.Mỗi vòng tròn biểu đồ phụ tải chia ra thành hai phần hình quạt tương ứng với phụ tải độnglực và phụ tải chiếu sáng

Hình 2.1: Biểu đồ phụ tải điện

2.5.1 Xác định bán kính vòng tròn phụ tải

Công thức xác định bán kính vòng tròn phụ tải:

tti i

SR

m



Trong đó:

 Ri: bán kính vòng tròn biểu đồ phụ tải của phân xưởng thứ i

 Stti: phụ tải tính toán của phân xưởng thứ i

 m: tỷ lệ xích, ở đây chọn tỷ lệ xích bằng 6 kVA/mm2

Góc chiếu sáng của biểu đồ phụ tải:

cs cs

tt

360.PP

 

Thay số ta tính được R và αcs như trong bảng 1.12

Phụ tải tính toán các phân xưởng

STT Tên phân xưởng Ptt (kW) Stt

(kVA) Pcs (kW) R (mm) α

0 cs

1 Phòng ban quản lý và

xưởng thiết kế 191,60 206,42 31,60 3,31 59,37

3 PX gia công cơ khí 2223,78 3632,93 63,78 13,89 10,33

4 PX cơ lắp ráp 1039,16 1959,11 79,16 10,20 27,42

5 PX luyện kim màu 1312,40 1617,22 52,40 9,26 14,37

6 PX luyện kim đen 1788,58 2218,48 38,58 10,85 7,77

7 PX sửa chữa cơ khí 106,02 159,92 17,01 3,17 57,76

2.5.2 Xác định tâm phụ tải của toàn nhà máy

Trên sơ đồ mặt bằng của nhà máy, ta dựng một hệ tọa độ xoy, Sau đó ta tìm tọa độđiểm M(x,y) là tâm phụ tải toàn nhà máy, đồng thời cũng là vị trí tối ưu đặt trạm biến áptrung gian (TBATG) hoặc trạm phân phối trung tâm (TPPTT) sao cho tổn thất công suất, tổnthất điện năng và tổn thất điện áp trong lưới điện nhà máy là nhỏ nhất

Tọa độ điểm M (tâm phụ tải điện) được xác định như sau:

S x S

S y S

Tọa độ tâm phụ tải các phân xưởng

STT Tên phân xưởng S tt (kVA) Tọa độ x (mm) Tọa độ y (mm)

1 Phòng ban quản lý và xưởng thiết kế 206,42 117,5 74

x =

9 1

1

i i i n i i

S x S





�

� = 45,44 (mm) ; y =

9 1

1

i i i n i i

S y S

45,44 40,75

1 206,42

2 1318,21

3 3632,93 4

1959,11

5 1617,22

6

159,2

8 1773,83 9

2.6 KẾT LUẬN

Trong chương 2, ta đã lần lượt xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng Vớiphân xưởng sửa chữa cơ khí, do ta biết chi tiết các thiết bị trong phân xưởng nên dùngphương pháp Kmax và Ptb, các phân xưởng khác chi biết công suất đặt nên ta dùng phươngpháp Knc Sau đó xác định phụ tải tính toán cho toàn nhà máy sản xuất máy kéo và vẽ đượcbiểu đồ phụ tải để có cái nhìn trực quan về phân bố phụ tải cũng như tâm phụ tải nhà máy.Đây là các bước quan trọng bắt buộc để tiếp tục tính toán cho các phần tiếp theo như thiết

kế mạng cao áp và bù công suất phản kháng

Từ hệ thống đến

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN CAO ÁP CHO NHÀ MÁY

Yêu cầu đối với sơ đồ cung cấp điện và nguồn cung cấp rất đa dạng Nó phụ thuộc vàogiá trị nhà máy và công suất yêu cầu của nó Khi thiết kế các sơ đồ cung cấp cần lưu ý tớicác yếu tố đặc biệt đặc trưng cho từng xí nghiệp công nghiệp riêng biệt, điều kiện khí hậu,địa hình, các thiết bị đặc biệt đòi hỏi độ tin cậy cung cấp điện cao, các đặc điểm của quátrình sản xuất và quá trình công nghệ v.v Để từ đó xác định mức độ đảm bảo an toàn cungcấp điện, thiết lập sơ đồ cấu trúc cấp điện hợp lý

Việc lựa chọn sơ đồ cung cấp điện ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế và kỹthuật của hệ thống Một sơ đồ cung cấp điện được coi là hợp lý phải thỏa mãn những yêucầu sau:

1 Đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật

2 Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

3 Thuận tiện và linh hoạt trong vận hành

4 An toàn cho người và thiết bị

5 Dễ dàng phát triển đáp ứng yêu cầu tăng trưởng của phụ tải

6 Đảm bảo các chỉ tiêu về mặt kinh tế

3.1 VẠCH CÁC PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

3.1.1 Xác định điện áp truyền tải từ hệ thống về nhà máy

Cấp điện áp vận hành của nguồn điện của mạng cao áp của nhà máy chính là cấp điện

áp của lưới điện tại nơi liên kết giữa hệ thống cung cấp điện của nhà máy với hệ thống điện.Điểm liên kết này thường tại các trạm biến áp trung gian (TBATT) của hệ thống điện

Để xác định cấp điện áp này thường sử dụng công thức kinh nghiệm:

Trong đó:

 l: Khoảng cách từ nhà máy đến trạm biến áp trung gian của hệ thống (km)

 P: Công suất tính toán của phụ tải nhà máy (kW).

3.1.2 Các phương án cung cấp điện cho các trạm biến áp phân xưởng

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

Nguồn 35 kV từ hệ thống qua TBATG được hạ xuống điện áp 10 kV để cung cấp chocác TBA phân xường, nhờ vậy sẽ giảm được vốn đầu tư cho mạng điện cao áp trong nhàmáy cũng như các TBA phân xưởng, vận hành thuận lợi hơn và độ tin cậy cung cấp điệncũng được cải thiện Song phải đầu tư để xây dựng TBATG, gia tăng tổn thất trong mạngcao áp Vì nhà máy được xếp là phụ tải loại I nên trong TBATG đặt 2 MBA Dung lượngcủa MBA được chọn theo điều kiện:

n.khc.SđmB ≥ SttnmĐiều kiện kiểm tra quá tải sự cố MBA (trong trạm có nhiều hơn một MBA)

(n-1).khc.kqt.SđmB ≥ SttscTrong đó:

 n: số MBA có trong TBA

 khc: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường và chọn khc = 1

 kqt: hệ số quá tải sự cố, chọn kqt = 1,4

 Sttnm: công suất tính toán của nhà máy

 Sttsc: công suất tính toán sự cố với giả thiết khi sự cố một số phụ tải không quantrọng trong nhà máy có thể cắt nhằm giảm nhẹ dung lượng của MBA, nhờ vậy

có thể giảm được vốn đầu tư và tổn thất của TBA khi làm việc bình thường Tathấy phân xưởng có 30% là phụ tải loại III nên Sttsc=0,7Sttnm

n.SđmB ≥ Sttnm = 18480 kVATBATG sử dụng 2 MBA, n=2 nên:

Kiểm tra điều kiện quá tải sự cố với giả thiết trong nhà máy có 30% là phụ tải loại III,như vậy Sttsc = 0,7.Sttnm Điều kiện kiểm tra:

(n-1).kqt SđmB ≥ Sttsc = 0,7.Sttnm

 1 1,4 10000 ≥ 0,7 18480  14000 ≥ 12936 (thỏa mãn)Vậy loại MBA đã chọn là thỏa mãn, ta đặt 2 MBA loại 10000 kVA- 35/10kV do ViệtNam chế tạo

3.1.2.2 Phương án sử dụng trạm phân phối trung tâm

Điện năng từ hệ thống cung cấp cho các trạm biến áp phân xưởng thông qua trạm phânphối trung tâm (TPPTT) nhờ vậy việc quản lý, vận hành mạng điện cao áp của nhà máy sẽ

thuận lợi hơn, tổn thất trong mạng giảm, độ tin cậy của mạng gia tăng song vốn đầu tư xâydựng mạng cũng lớn Trong thực tế phương án này chỉ sử dụng khi điện áp nguồn khôngcao (≤ 35 kV), công suất các phân xưởng tương đối lớn.

Dựa vào kết quả đã tính được ở chương hai, tâm phụ tải của nhà máy có tọa độM(45,44 ; 40,75) Ta sẽ đặt trạm biến áp trung gian hoặc trạm phân phối trung tâm vào vị trítâm phụ tải của nhà máy để giảm tổn thất và giảm vốn đầu tư mua cáp cao áp

3.1.3 Chi tiết các phương án về các trạm biến áp phân xưởng

Các trạm biến áp (TBA) được chọn theo các nguyên tắc sau:

– Vị trí đặt các trạm biến áp phải thỏa mãn các yêu cầu: gần tâm phụ tải, thuận tiệncho việc vận chuyển, lắp đặt, vận hành, sửa chữa máy biến áp, an toàn và kinh tế– Số lượng máy biến áp (MBA) đặt trong các TBA được chọn căn cứ theo yêu cầucung cấp điện của phụ tải, điều kiện vận chuyển và lắp đăt, chế độ làm việc của phụtải Các TBA cung cấp điện cho phụ tải loại I và loại II nên đặt hai MBA, phụ tảiloại III đặt một máy biến áp

– Hạn chế chủng loại máy biến áp dùng cho nhà máy để thuận lợi khi mua sắm, lắpđặt, vận hành, sửa chữa và kiểm tra định kỳ

Dung lượng của các MBA được chọn theo điều kiện:

n.khc.SđmB ≥ Stt (kVA)Điều kiện kiểm tra quá tải sự cố MBA (trong trạm có nhiều hơn một MBA)

(n-1).khc.kqt.SđmB ≥ Sttsc (kVA)Trong đó:

 n: số MBA có trong TBA

 khc: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường, ở đây khc = 1

 kqt: hệ số quá tải sự cố, kqt = 1,4 nếu thỏa mãn điều kiện MBA vận hành quá tảikhông quá 3 ngày, mỗi ngày không quá 6 giờ và trước khi quá tải hệ số tải củaMBA không quá 0,9

 Stt: công suất tính toán của phân xưởng hoặc nhóm phân xưởng

 Sttsc l công suất tính toán sự cố với giả thiết khi sự cố một số phụ tải khôngquan trọng trong phân xưởng có thể cắt nhằm giảm nhẹ dung lượng củaMBA, nhờ vậy có thể giảm được vốn đầu tư và tổn thất của TBA khi làm việcbình thường Giả thiết trong phân xưởng có 30% là phụ tải loại III thìSttsc=0,7Sttpx

3.1.3.1 Xác định số lượng máy biến áp phân xưởng

Chọn số lượng máy biến áp (MBA) cho các trạm chính cũng như TBAPX có ý nghĩaquan trọng đối với việc xây dựng một sơ đồ cung cấp điện hợp lý Kinh nghiệm tính toán vàvận hành cho thấy là trong một TBA chỉ cần đặt một MBA là tốt nhất, khi cần thiết có thể

đặt hai máy, không nên đặt quá hai máy Trạm một máy biến áp có ưu điểm là tiết kiệm đấtđai, vận hành đơn giản trong hầu hết các trường hợp có chi phí tính toán hàng năm nhỏ nhấtnhưng có nhược điểm mức đảm bảo cung cấp điện không cao Trạm hai MBA thường có lợi

về kinh tế hơn so với các trạm ba máy và lớn hơn

Khi chọn MBA ta chọn sao cho chủng loại MBA càng ít càng tốt Đồng thời để chọnđúng số lượng MBA cần phải xét đến độ tin cậy cung cấp điện Đối với phụ tải loại I, cầnđặt 2 MBA cho TBAPX đó Với Phụ tải loại III chỉ cần đặt 1 MBA cho TBAPX đó và nếuphụ tải phân xưởng tương đối nhỏ ta có thể cung cấp điện qua TBA của một phân xưởngkhác để tiết kiệm chi phí đầu tư TBAPX

Căn cứ vào vị trí, công suất tính toán và yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện của các PX

ta đưa ra 2 phương án chọn số lượng TBA như sau:

Các phương án chọn số lượng máy biến áp

Phương án STT Tên Trạm Số MBA Phụ tải Loại phụ

PX12

IIII

3.1.3.2 Xác định dung lượng các trạm biến áp phân xưởng

– Trạm biến áp B2: Cấp điện cho PX đúc và Kho vật liệu

Đặt 2 MBA làm việc song song

– Trạm biến áp B3: Cấp điện cho PX gia công cơ khí

Đặt 2 MBA làm việc song song

Chọn dung lượng MBA:

Đặt 2 MBA làm việc song song

Chọn dung lượng MBA:

– Trạm biến áp B5: Cấp điện PX luyện kim màu

Đặt 2 MBA làm việc song song

Chọn dung lượng MBA:

– Trạm biến áp B6: Cấp điện PX luyện kim đen

Đặt 2 MBA làm việc song song

Chọn dung lượng MBA:

Phụ tải loại 3 nên đặt 1 MBA

Chọn dung lượng MBA:

SđmB ≥Stt 159,92kVAChọn dùng MBA có Sđm = 180 kVA

– Trạm biến áp B8: Cấp điện PX rèn dập

Đặt 2 MBA làm việc song song

Chọn dung lượng MBA:

– Trạm biến áp B9: Cấp điện PX nhiệt luyện

Đặt 2 MBA làm việc song song

Chọn dung lượng MBA:

Đặt 2 MBA làm việc song song

Chọn dung lượng MBA:

(n-1) khc kqt SđmB ≥ Sttsc =0,7 Stt

 1 1,4 1250 ≥ 0,7 1476,18

 1050 ≥ 1033,32 (thỏa mãn)

– Trạm biến áp B11: Cấp điện Trạm bơm

Đặt 2 MBA làm việc song song

Chọn dung lượng MBA:

Điều kiện kiểm tra quá tải sự cố MBA:

(n-1) khc kqt SđmB ≥ Sttsc =0,7 Stt

 1 1,4 560 ≥ 0,7 807,8

 784 ≥ 565,4 (thỏa mãn)Tổng hợp kết quả ta có bảng sau:

Dung lượng các MBA trong TBAPX của phương án 1

STT Tên Trạm Số MBA Phụ tải Loại phụ

tải

Stt(kVA)

SđmB(kVA)

Tính toán tương tự phương án 1 ta có bảng kết quả:

Dung lượng các MBA trong TBAPX của phương án 2

STT Tên Trạm Số MBA Phụ tải Loại phụ

tải

Stt(kVA) SđmB (kVA)

3.1.3.3 Xác định vị trí đặt các trạm biến áp phân xưởng

Các TBA cung cấp điện cho một phân xưởng dùng loại liền kề có một tường của trạmchung với tường của phân xưởng nhờ vậy tiết kiệm được vốn xây dựng và ít ảnh hưởng đếncông trình khác

Các TBA dùng chung cho nhiều phân xưởng nên đặt ở gần tâm phụ tải, và tốt nhất nếu

có thể nằm trên đường nối tâm nhà máy với tâm phân xưởng, nhờ vậy có thể đưa điện ápcao đến gần phụ tải và rút ngắn khá nhiều chiều dài mạng phân phối cao áp của nhà máycũng như mạng hạ áp phân xưởng, giảm chi phí và tổn thất

3.1.4 Lựa chọn các phương án nối dây của mạng cao áp

Nhà máy thuộc phụ tải loại I nên dây dẫn từ trạm biến áp trung gian của hệ thống vềTBATG hoặc TPPTT của nhà máy sẽ dùng đường dây lộ kép, đảm bảo độ tin cậy cung cấpđiện

Do tính chất quan trọng của các phân xưởng nên mạng cao áp trong nhà máy ta sửdụng sơ đồ hình tia, lộ kép Sơ đồ này có ưu điểm là sơ đồ nối dây rõ ràng, độ tin cậy cungcấp điện cao, dễ dàng vận hành và thực hiện các biện pháp bảo vệ Để đảm bảo mỹ quan và

an toàn, ta dùng cáp ngầm

3.1.5 Kết luận 4 phương án thiết kế

Từ những phân tích trên ta có thể đưa ra 4 phương án đi dây mạng cao áp:

– PA1: sử dụng TBATT 35/10 kV, cáp 10 kV, 11 TBAPX 10/0,4 kV

– PA2: sử dụng TBATT 35/10 kV, cáp 10 kV, 9 TBAPX 10/0,4 kV

3.2 TÍNH TOÁN KINH TẾ KỸ THUẬT CHO TỪNG PHƯƠNG ÁN

Để so sánh kinh tế tương đối giữa các phương án ta dùng hàm chi phí tính toán:

Z = (avh + atc).K + c.∆A (đồng) Trong đó:

 avh: hệ số vận hành, với trạm và đường cáp lấy avh = 0,1; với đường dây trênkhông lấy avh = 0,04

 atc : hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư, thường lấy atc= 0,2

 K: vốn đầu tư

 c: giá tiền 1 kWh điện năng, lấy trung bình c = 1500 đ/kWh

 ∆A: tổn thất điện năng

3.2.1 Phương án thiết kế 1 ( PA1)

Phương án 1 sử dụng TBATG 35/10 kV, cáp 10 kV, 11 TBAPX 10/0,4 kV, sử dụngTBATG nhận điện 35 kV từ hệ thống về, hạ xuống điện áp 10 kV sau đó cung cấp cho cáctrạm biến áp phân xưởng Các trạm biến áp phân xưởng hạ điện áp 10 kV xuống 0,4 kVcung cấp cho các thiết bị trong nhà máy

Hình 3.2: Sơ đồ cung cấp điện cho các phân xưởng của phương án 1

3.2.1.1 Chọn MBA và xác định tổn thất điện năng ∆A trong các TBA

Công suất các MBA đã chọn ở mục 3.1.3, tra catalogue và bảng báo giá máy biến ápcủa công ty thiết bị điện Đông Anh ta có bảng kết quả chọn MBA cho các TBAPX củaphương án 1

Từ hệ thống đến

Kết quả chọn máy biến áp của phương án 1

Tên trạm Sđm

(kVA)

Uc/Uh(kV)

∆P0(kW)

∆PN(kW)

Sốmáy

Đơn giá(106 đ)

Thànhtiền(106đ)

Tổng vốn đầu tư cho TBA: KB = 13644.10 6 đ

Tổn thất điện năng ∆A trong các TBA:

S S

� �.τ (kWhTrong đó:

 n: số MBA ghép song song

 t: thời gian MBA vận hành, t= 8760h

 τ: thời gian tổn thất công suất lớn nhất

τ = (0,124 + Tmax.10-4)2 8760

Nhà máy làm việc 3 ca, Tmax= 5000h, ta có

τ = (0,124 + 5000.10-4)2 8760 = 3410,93 hTính toán cụ thể tổn thất điện năng trong các TBA:

.3410,93 = 1043,9 MWh

– Các TBA khác tính tương tự kết quả trong bảng:

Tổn thất điện năng trong các trạm biến áp phân xưởng

Tên trạm Số máy Stt

(kVA)

SđmB(kVA)

∆P0(kW)

∆PN(kW)

∆A(MWh)

Tiết diện kinh tế của cáp:

t m

S U



(A)Dựa vào Fkt tính được, 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 ≥ Icb Trong đó:

 khc: hệ số hiệu chỉnh

 Icb: dòng điện khi xảy ra sự cố đứt 1 cáp, Icb=

maxI

3

t đ

t m

S U



Kiểm tra tiết diện cáp đã chọn theo điều kiện tổn thất điện áp:

cp dm

Trong đó:

 ∆U: tổn thất điện áp trên đường dây

 ∆Ucp: tổn thất điện áp cho phép, ∆Ucp= 5%.Uđm

 P,Q: phụ tải tác dụng và phản kháng truyền tải trên đường dây

 R,X: điện trở và điện kháng của đường dây

 Uđm: điện áp định mức của đường dây

a) Chọn cáp từ TBATG về các TBAPX:

Các trạm có 2 MBA ta chọn cáp kép, khoảng cách giữa 2 cáp là 100 mm, các trạm có 1MBA ( chỉ cấp điện cho phân xưởng là phụ tải loại 3) ta chọn cáp đơn Tra (bảng 4.74-TL2), với cáp kép khc= 0,9 với cáp đơn khc= 1

Vì khoảng cách giữa TBATG tới các TBAPX ngắn nên tổn thất điện áp nhỏ, ta có thể

bỏ qua không cần kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp Ta dùng cáp đồng 10 kV, 3 lõi,cách điện XLPE, đai thép, vỏ PVC do hãng Furukawa- Nhật Bản sản xuất

 Chọn cáp từ TBATT đến B1: 1 MBA nên dùng cáp đơn

ttpx max

11,92

4, 42,7

I

mm2Tra (bảng 4.55- TL2) chọn cáp 10 mm2, Icp = 87 A

Kiểm tra dây dẫn vừa chọn theo điều kiện phát nóng:

.I

hc cp cb

1.87 � 11,92 ( thỏa mãn)Vậy cáp đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng

 Chọn cáp từ TBATT đến B2: 2 MBA nên dùng cáp kép

ttpx max

Kiểm tra dây dẫn vừa chọn theo điều kiện phát nóng:

.I

hc cp cb

0,9.110 � 79,3 ( thỏa mãn)Vậy cáp đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng

Tính toán tương tự với các đường cáp từ TBATT đến các trạm còn lại ta được kết quảtính toán cho trong bảng 3.4.

Với k = k1 k2 k3 trong đó

 k1: phụ thuộc vào nhiệt độ

 k2 : phụ thuộc vào số lượng cáp trong rãnh

 k1: phụ thuộc vào phương thức lắp đặt

Dùng cáp đồng hạ áp 3 lõi + trung tính, cách điện PVC của hãng LENS - Pháp chế tạo.– Chọn cáp từ TBAPX B2 đến Kho vật liệu

Cáp từ TBAPX B2 đến Kho vật liệu với điều kiện trong nhà, nhiệt độ 250C và rãnh 1cáp ta chọn k=1 Từ đó:

Ilv max =

ttpx dm

69,19

105,1 3.0,38

Tổng vốn đầu tư cho đường dây: KD= 1326,3 ( 10 6 đ)

c Xác định tổn thất công suất tác dụng trên đường dây:

 S: công suất truyền tải = Stt px (kVA)

 U: điện áp truyền tải (kV)

 r0: điện trở dây dẫn (Ω/km)

 n: số lộ đường dây

 L: chiều dài đường dây (km)

– Tính tổn thất công suất tác dụng trên đường dây BATG – B1

� � 0,727.147,5.10-3 = 3208,4W= 3,21 kW

Kết quả tính tốn thất công suất trên đường dây cáp

r0(Ω/km)

L(m)

∆P(kW)

Tổng tổn thất ∆P trên đường dây: ∆PD = 41.7 kW

Xác định tổn thất điện năng trên đường dây:

∆AD = ∆PD.τ kWh Thay số:

∆AD = 41,7 3410,93 = 131,39 MWh

3.2.1.3 Chi phí cho máy cắt

Đầu vào TBATG sử dụng 2 MC 35 kV, đầu ra dùng 2 MC 10kV Dùng thanh góp 2phân đoạn, giữa 2 phân đoạn đặt 1 MC liên lạc 10 kV

Nhà máy có 11 TBAPX với tổng số 19 MBA, ở mỗi đầu 1 MBA đặt 1 MC 10 kV Tất

cả dùng MC hợp bộ của hãng Siemens có giá:

 MC 10 kV: 107,4.106 đ

 MC 35 kV: 378.106 đ

Vậy trong mạng cao áp của nhà máy ta sử dụng tất cả 2 MC 35 kV và 22 MC 10 kVvới tổng chi phí:

KMC= 2.378.106 + 22.107,4.106 = 3118,8.106 đ

3.2.1.4 Chi phí tính toán của phương án 1

Vốn đầu tư:

K1= KB+KD+KMC = 13644.106 + 1326,3.106+ 3118,8.106 = 18089,1.106 đTổng tổn thất điện năng trong các TBA và trên đường dây:

∆A1= ∆AB + ∆AD = 1871,2 + 131,39 = 2002,59 MWh

Áp dụng công thức tìm được chi phí tính toán của phương án 1:

Z1= (avh + atc) K1 + c.∆A1 = (0,1 + 0,2) 18089,1.106 + 1500 2002,59.1000

Z 1= 8430,6.10 6 đ

3.2.2 Phương án thiết kế 2 ( PA2)

Phương án 2 sử dụng TBATG 35/10 kV, cáp 10 kV, 9 TBAPX 10/0,4 kV, sử dụngTBATG nhận điện 35 kV từ hệ thống về, hạ xuống điện áp 10 kV sau đó cung cấp cho cáctrạm biến áp phân xưởng Các trạm biến áp phân xưởng hạ điện áp 10 kV xuống 0,4 kVcung cấp cho các thiết bị trong nhà máy

Sơ đồ cung cấp điện cho các phân xưởng của phương án 2