Đồ án cung cấp điện phân xưởng

Đồ án Môn cung cấp điện phân xưởng Công nghiệp đóng một vai trò quan trọng trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Điện năng là nguồn năng lượng được sử dụng rộng rãi nhất trong các ngành kinh tế quốc dân. Nhu cầu điện ngày càng tăng. Vì vậy, việc nâng cao chất lượng điện, an toàn trong việc sử dụng và trang bị những kiến thức về hệ thống cung cấp điện nhằm phục vụ cho nhu cầu thiết yếu của con người trong sinh hoạt và sản xuất, cung cấp điện năng cho các khu vực kinh tế trọng điểm, các khu chế xuất, các xí nghiệp nhà máy là rất cần thiết. Do đó, việc thiết kế một hệ thống cung cấp điện cho một ngành nghề cụ thể cần đem lại hiệu quả thực tiễn cao, đáp ứng nhu cầu hiện tại và tương lai. Trong số đó “Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng sản xuất công nghiệp” là một đề tài có tính thiết thực cao. Nếu giải quyết được vấn đề này sẽ góp phần không nhỏ trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa của đất nước. Đồ án môn học “Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng sửa chữa cơ khí”giúp cho sinh viên ngành hệ thống điện làm quen với các hệ thống cung cấp điện. Công việc làm đồ án giúp cho sinh viên vận dụng những kiến thức đã học để nghiên cứu thực hiện một nhiệm vụ tương đối toàn diện về lĩnh vực sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng. Với sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy Th.s Phạm Anh Tuân cũng các thầy cô bộ môn đến nay đồ án môn học của em đã hoàn thành. Vì là lần đầu tiên em làm đồ án, kinh nghiệm năng lực còn hạn chế nên bản đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Em kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến, điều chỉnh của các thầy cô trong khoa, nhà trường để bản đồ án của em hoàn thiện hơn

Mục lục

Chương 1: Tính toán chiếu sáng cho phân xưởng……… 07

1.1 Các yêu cầu chung…… ………07

1.2 Tính toán chiếu sáng cho phân xưởng………07

Chương 2: Tính toán phụ tải điện……….11

2.1 Phương pháp tính……… 11

2.2 Tính toán phụ tải chiếu sáng……….……….11

2.3 Tính toán phụ tải thông thoáng và làm mát………….……… 11

2.4 Tính toán phụ tải động lực……….13

2.5 Phụ tải tổng hợp……….19

2.6 Bù công suất phản kháng……… 19

Chương 3: Xác định sơ đồ cấp điện của phân xưởng……… 21

3.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp(TBA) của phân xưởng……… 21

3.2 Xác định tâm các nhóm phụ tải của phân xưởng……….22

3.3 Chọn công suất và số lượng máy biến áp……….25

3.3.1 Chọn số lượng máy biến áp………25

3.3.2 Chọn công suất máy biến áp……… 25

3.3.3 Chọn máy biến áp cho phân xưởng…….……… 25

3.3.4 Chọn dây dẫn từ nguồn tới trạm biến áp của phân xưởng ………26

3.4 Lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu 3.4.1 Sơ bộ chọn phương án………27

3.4.2 Xác định sơ đồ nối điện chính, lựa chọn phương án tối ưu…… ………… 28

Chương 4: Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị của sơ đồ nối điện

4.1 Chọn dây dẫn của mạng động lực,dây dẫn mạng chiếu sáng………42

4.1.1 Dây dẫn mạng động lực……….42

4.1.2 Dây dẫn mạng chiếu sáng……….44

4.2 Tính toán ngắn mạch 4.2.1 Tính toán ngắn mạch phía cao áp của mạng điện……….45

4.2.2 Tính toán ngắn mạch phía hạ áp của mạng điện và kiểm tra……… 47

Chương 5: Tính toán chế độ mạng điện……….49

5.1 Xác định hao tổn điện áp trên đường dây và trong máy biến áp……… 49

5.2 Xác định tổn hao công suất……… 49

5.3 Xác định tổn thất điện năng……… 51

Chương 6: Tính chọn bù nâng cao hệ số công suất……… 52

6.1 Ý nhĩa việc bù công suất phản kháng……… ………52

6.2 Các biện pháp bù công suất phản kháng……… 52

6.3 Xác định dung lượng bù………52

6.4 Chọn thiết bị bù và vị trí bù……….53

6.4 Phân tích kinh tế-tài chính bù công suất phản kháng……… 53

LỜI NÓI ĐẦU

Công nghiệp đóng một vai trò quan trọng trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóađất nước Điện năng là nguồn năng lượng được sử dụng rộng rãi nhất trong các ngành kinh tếquốc dân

Nhu cầu điện ngày càng tăng Vì vậy, việc nâng cao chất lượng điện, an toàn trong việc sửdụng và trang bị những kiến thức về hệ thống cung cấp điện nhằm phục vụ cho nhu cầu thiết yếucủa con người trong sinh hoạt và sản xuất, cung cấp điện năng cho các khu vực kinh tế trọngđiểm, các khu chế xuất, các xí nghiệp nhà máy là rất cần thiết Do đó, việc thiết kế một hệ thốngcung cấp điện cho một ngành nghề cụ thể cần đem lại hiệu quả thực tiễn cao, đáp ứng nhu cầu

hiện tại và tương lai Trong số đó “Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng sản xuất

công nghiệp” là một đề tài có tính thiết thực cao Nếu giải quyết được vấn đề này sẽ góp phần

không nhỏ trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa của đất nước

Đồ án môn học “Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng sửa chữa cơ khí”giúp

cho sinh viên ngành hệ thống điện làm quen với các hệ thống cung cấp điện Công việc làm đồ

án giúp cho sinh viên vận dụng những kiến thức đã học để nghiên cứu thực hiện một nhiệm vụtương đối toàn diện về lĩnh vực sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng

Với sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy Th.s Phạm Anh Tuân cũng các thầy cô bộ môn đến nay đồ

án môn học của em đã hoàn thành Vì là lần đầu tiên em làm đồ án, kinh nghiệm năng lực cònhạn chế nên bản đồ án không tránh khỏi những thiếu sót Em kính mong nhận được sự đóng góp

ý kiến, điều chỉnh của các thầy cô trong khoa, nhà trường để bản đồ án của em hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày….tháng… năm 2015

ĐỀ BÀI: Thiết kế cung cấp điện

kW∕kVAr Giá điện trung bình g=1250 đ∕kWh Điện áp lưới phân phối là 22 kV

cách từ nguồn điện đến phân xưởng L=150(m)

Các tham số khác lấy trong phụ lục và sổ tay thiết kế cung cấp điện

Hình 1: Sơ đồ mặt bằng phân xưởng cơ khí - sửa chữa N o 4

B Nội dung của bản thuyết minh gồm các phần chính sau:

I, Thuyết minh

1.Tính toán chiếu sáng cho phân xưởng

2.Tính toán phụ tải điện:

2.1 Phụ tải chiếu sáng

2.2 Phụ tải thông thoáng và làm mát

2.3 Phụ tải động lực

2.4 Phụ tải tổng hợp

3.Xác định sơ đồ cấp điện của phân xưởng

3.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng

3.2 Chọn công suất và số lượng máy biến áp

3.3 Lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu (so sánh ít nhất 2 phương án)

4.Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị của sơ đồ nối điện:

4.1 Chọn dây dẫn của mạng động lực, dây dẫn của mạng chiếu sáng;

4.2 Tính toán ngắn mạch

4.3 Chọn thiết bị bảo vệ và đo lường

5 Tính toán chế độ mạng điện

5.34 Xác định hao tổn điện áp trên đường dây và trong máy biến áp

5.35 Xác định hao tổn công suất

5.36 Xác định tổn thất điện năng

6 Tính chọn tụ bù nâng cao hệ số công suất.

6.1 Xác định dung lượng bù cần thiết

6.2 Lựa chọn vị trí đặt tụ bù

6.3 Đánh giá hiệu quả bù công suất phản kháng

6.4 Phân tích kinh tế-tài chính bù công suất phản kháng

1 Sơ đồ mạng điện trên mặt bằng phân xưởng với sự bố trí của các tủ phân phối, các thiết bị

2 Sơ đồ nguyên lý của mạng điện có chỉ rõ các mã hiệu và các tham số của thiết bị được chọn

3 Sơ đồ trạm biến áp gồm: sơ đồ nguyên lý, sơ đồ mặt bằng và mặt cắt trạm biến áp

4 Sơ đồ chiếu sáng và sơ đồ nối đất

5 Bảng số liệu tính toán mạng điện

CHƯƠNG 1 : TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG CHO PHÂN XƯỞNG

1.1 Các yêu cầu chung

Thiết kế chiếu sáng đảm bảo các yêu cầu sau:

Chọn loại bóng đèn chiếu sáng gồm 02 loại: bóng đèn sợi đốt và bóng đèn huỳnh quang Các phân xưởng thường ít dùng bóng đèn huỳnh quang vì đèn huỳnh quang có tần số là 50 Hzthường gây ảo giác không quay cho các động cơ nguy hiểm cho người vận hành Do vậy người

môi trường ánh sáng tiện nghi Mặt khác vì là phân xưởng sản xuất có nhiều máy điện quay nên

ta dùng đèn sợi đốt có công suất là 200 (W) với quang thông là F=3000 (lm) ( bảng 45.pl.BT) Chọn độ cao treo đèn là h’ = 0,5 (m)

H

h h'

h''

Tỷ số treo đèn:

J =h+h ' h ' = 3,8+0,50,5 = 0,116¿ 1

Với loại đèn dùng để chiếu sáng cho phân xưởng sản xuất nên chọn khoảng cách giữa các đènđược xác định là L’/h = 1,5 ( bảng 12.4 [TK2]) tức là:

S : Diện tích phân xưởng

η : Hiệu suất của đèn

Kiểm tra độ rọi thực tế:

H D k dt

Trong đó: F d : Quang thông của đèn

N : Số lượng đèn

η : Hiệu suất của đèn

H,D : Chiều dài và chiều rộng của phân xưởng

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN

2.1 Phương pháp tính

Có nhiều phương pháp tính toán phụ tải điện như phương pháp hệ số nhu cầu, hệ số đồng

thời và hệ số tham gia vào cực đại Đối với việc thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng sửa chữa

cơ khí, vì đã có các thông tin chính xác về mặt bằng bố trí thiết bị, bết được công suất và quátrình công nghệ của từng thiết bị nên ta chọn phương pháp hệ số nhu cầu để tổng hợp nhóm phụtải động lực Nội dung chính của phương pháp như sau :

Xác định hệ số sử dụng tổng hợp của nhóm thiết bị theo biểu thức sau :

k sd⅀ = ⅀ P i k sdi

giả định có công suất định mức và chế độ làm việc như nhau và tiêu thụ công suất đúng bằngcông suất tiêu thụ của nhóm thiết bị thực tế ) Các nhóm ở đây đều trên 04 thiết bị nê ta xác định

Vì dùng đèn sợi đốt nên hệ số cosφ của nhóm chiếu sáng bằng 1

2.3 Phụ tải thông thoáng và làm mát

Lưu lượng gió cấp vào phân xưởng là:

Trong đó : L : Lưu lượng không khí cấp vào phân xưởng ( m3/h )

K : Bội số tuần hoàn ( lần/giờ )

Bảng 2.1Bội số tuần hoàn K:

Từ đó tính được số quạt cần dùng cho phân xưởng là :

Trong đó : P : Công suất quy về chế độ dài hạn của thiết bị

ɛ : Hệ số tiếp điện của thiết bị

Để phân nhóm phụ tải ta dựa vào nguyên tắc và thứ tự ưu tiên sau :

cho việc đi dây tránh chồng chéo, giảm tổn thất….)

việc tính toán và cung cấp điện sau này ví dụ nếu nhóm có cùng chế độ làm việc tức có

nhất ( điều này nếu thực hiện được sẽ tạo ra tính đồng loạt cho trang thiết bị cung cấpđiện )

Ngoài ra số thiết bị trong cùng một nhóm cũng không nên quá nhiều vì số lộ ra của một tủđộng lực cũng bị khống chế ( thông thường số lộ ra lớn nhất của các tủ động lực được chế tạosẵn cũng không quá 08 ) Tất nhiên điều này cũng không có nghĩa là số thiết bị trong mỗi nhómkhông nên quá 08 thiết bị Vì một lộ ra từ tủ động lực có thể chỉ đi đến một thiết bị, nhưng cũng

có thể được kéo móc xích đi đến vài thiết bị ( nhất là khi các thiết bị có công suất nhỏ và khôngyêu cầu cao về độ tin cậy cung cấp điện ) Tuy nhiên, khi số thiết bị trong một nhóm quá nhiềucũng sẽ làm phức tạp hóa trong vận hành và giảm độ tin cậy CCĐ cho từng thiết bị

Dựa theo nguyên tắc phân nhóm phụ tải điện đã nêu ở trên và căn cứ vào vị trí, công suấtthiết bị phân bố trên mặt bằng phân xưởng có thể chia các thiết bị trong phân xưởng sản xuất cơkhí thành 05 nhóm phụ tải như sau :

Bảng 2.3 Bảng phân chia các nhóm:

Nhóm 1

động

5 Máy tiện ren 36 0,4 0,6 12

Nhóm 5

hdni

i

P n

P







Bảng 2.5 Các kết quả tính toán của phụ tải 1

Tỷ số giữa công suất của thiết bị lớn nhất và nhỏ nhất là :

Nhóm 2

Nhóm 5

Bảng 2.8 Kết quả tính toán phụ tải

Với hệ số k được xác định như sau:

Phần tính toán ở CHƯƠNG 1 đã xác định được hệ cố công suất trung bình của toàn phân

xưởng cosφ = 0,695 Hệ số cosφ tối thiểu do nhà nước quy định đối với các phân xưởng là 0,85

÷ 0.95, như vậy ta phải bù công suất phản kháng cho nhà máy để nâng cao hệ số công suất Theo

yêu cầu thiết kế phân xưởng ta phải bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất cosφ

=0,9

Về nguyên tắc để có lợi nhất về mặt giảm tổn thất điện áp, tổn thất điện năng cho đối tượngdùng điện là đặt phân tán các bộ tụ bù cho từng động cơ điện, tuy nhiên nếu đặt phân tán như vậy

sẽ không có lợi về vốn đầu tư, quản lý, vận hành Vì vậy việc lắp đặt tụ bù tập trung hay phân tán

là tùy thuộc vào cấu trúc hệ thống cung cấp điện của đối tượng, theo kinh nghiệm ta đặt các thiết

bị bù ở phía hạ áp của trạm biến áp, tại tủ phân phối hoặc tại các tủ động lực Ta chọn đặt tụ bù ởphía hạ áp của trạm biến áp

Yêu cầu hệ số công suất cần nâng lên là cosφ = 0,9 Nên tgφ = 0,484

Có cosφ= 0,695 nên tgφ = 1,035

Do đó dung lượng bù cần thiết là:

Theo dung lượng bù cần thiết đã tính ở trên, Tra bảng 40.pl[TK2] chọn được tụ điện loại

Chi phí bù:

CHƯƠNG 3 : SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN CỦA PHÂN XƯỞNG

3.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng.

Vị trí đặt trạm biến áp cần dựa theo các quy tắc sau:

- Vị trí của trạm càng gần tâm phụ tải của khu vực được cung cấp điện càng tốt

- Vị trí đặt trạm phải bảo đảm đủ chỗ và thuận tiện cho các tuyến đường dây đưađiện đến trạm cũng như các phát tuyến từ trạm đi ra, đồng thời phải đáp ứng cho sự phát triểntrong tương lai

- vị trí trạm phải phù hợp với quy hoạch của xí nghiệp và các vùng lân cận

- Vị trí của trạm phải bảo đảm các điều kiện khác như: cảnh quan môi trường, có khảnăng điều chỉnh cải tạo thích hợp, đáp ứng được khi khẩn cấp

- Vị trí của trạm biến áp được lựa chọn sao cho tổng tổn thất trên các đường dây lànhỏ nhất

*Vị trí đặt trạm biến áp:

- Hệ số điền kín bản đồ được xác đinh theo công thức:

Từ sơ đồ mặt bằng phân xưởng, có nhận xét: có thể đặt trạm biến áp sát tường phía trongnhà xưởng ngay sau lối ra vào Phương án này có thể tiết kiệm được dây dẫn mạng hạ áp cũngnhư tiết kiệm được không gian

Dựa vào các điều kiện lựa chọn vị trí tối ưu cho trạm biến áp và vị trí các phụ tải trongphân xưởng ta chọn vị trí đặt trạm biến áp như hình vẽ

3.2 Xác định tâm các nhóm phụ tải của phân xưởng

- Tâm qui ước của các nhóm phụ tải của phân xưởng được xác định bởi một điểm M có toạ



n i

n i i

S

x S

n i i

S

y S

1

1

;

Trong đó: Xnh; Ynh : toạ độ của tâm các nhóm phụ tải điện của phân xưởng

Bảng 3.1 Công suất và tọa độ của các phụ tải trong phân xưởng trên hệ tọa độ xOy

Nhóm 1

3 Máy tiện ngang bántự động 26 0,67 12 17,910 9,73 33,308 174,2687 596,561

Nhóm 4

Nhóm 5

Tính toán tương tự cho các nhóm khác

Bảng 3.2 Tâm của các nhóm phụ tải và phân xưởng

9 3

Hình 2.1: Tâm của các nhóm phụ tải và tâm của phân xưởng

3.3 Chọn công suất và số lượng máy biến áp

3.3.1 Chọn số lượng máy biến áp

Việc lựa chọn đúng số lượng MBA dựa trên cơ sở độ tin cậy cung cấp điện Các phụ tảithuộc hộ tiêu thụ loại I,II TBA cần đặt 2 MBA trở lên nối với các phân đoạn khác nhau của thanhgóp, giữa các phân đoạn có thiết bị đóng cắt khi cần thiết Hộ tiêu thụ loại III chỉ cần 1 MBA(yêu cầu trong kho cần có MBA dự trữ)

Ở đây phụ tải loại I,II chiếm 70% nên ta sử dụng 2 MBA làm việc song song

3.3.2 Chọn công suất máy biến áp

Chọn công suất MBA sao cho trong điều kiện làm việc bình thường trạm đảm bảo cungcấp đủ điện năng cho phụ tải và dự trữ một lượng công suất đề phòng khi sự cố, đảm bảo độ antoàn cung cấp điện, tuổi thọ máy, tiêu chuẩn kinh tế - kĩ thuật Được tiến hành dựa trên công suấttính toán toàn phần của phân xưởng và một số tiêu chuẩn khác: ít chủng loại máy, khả năng làmviệc quá tải, đồ thị phụ tải…

Điều kiện chọn MBA

- Trong điều kiện làm việc bình thường:

n.khc.SđmB ≥ Stt

- Kiểm tra theo điều kiện sự cố một MBA (đối với trạm có nhiều hơn 1 MBA):

(n-1).khc.kqt.SđmB ≥Sttsc Trong đó:

n : Số máy biến áp trong trạm

không quan trọng để giảm nhẹ dung lượng của các MBA

- Đồng thời cũng cần hạn chế chủng loại MBA dùng trong nhà máy để tạo điều kiện thuậnlợi cho việc mua sắm, lắp đặt, vận hành, sửa chữa, thay thế

3.3.3 Chọn máy biến áp cho phân xưởng

- Coi phân xưởng chỉ gồm các hộ tiê thụ loại I,II nên ta cần đặt 2 MBA làm việc song

song

- Số lượng MBA: n=2

n k hc =

182,686

=> Ta chọn 2 MBA mỗi máy có công suất 100 kVA, do Công ty thiết bị điện Đông Anh chế tạo,

với các thông số MBA ABB được ghi ở Bảng 21.pl

- Kiểm tra lại MBA đã chọn theo điều kiện quá tải sự cố:

3.3.4 Chọn dây dẫn đến trạm biến áp của xưởng

Chọn dây dẫn đến TBA phân xưởng là dây nhôm lõi thép lộ kép

Ta có dòng điện chạy trên đường dây:

2√3 U đm (2.2)

có tiết diện dây cáp là :

J kt =

2,397

Đối với đường dây cao áp, tiết diện tối thiểu là 35mm2 nên ta chọn loại dây AC - 35 có r0=0,85;

- Kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp

- Chi phí tổn thất điện năng:

- Chi phí quy đổi của đường dây:

Hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn đối với dây dẫn :

3.4 Lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu

3.4.1 Sơ bộ chọn phương án

Mạng điện phân xưởng có các yêu cầu cơ bản sau:

o Đảm bảo cung cấp điện tin cậy và chất lượng cho các phụ tải;

o Thuận tiện và an toàn trong vận hành và sửa chữa;

o Đáp ứng được các yêu cầu về đặc điểm môi trường;

o Có khả năng phát triển mở rộng;

o Áp dụng các thiết bị và công nghệ tiên tiến;

o Chi phí tối thiểu…

Sơ đồ của mạng điện phân xưởng có thể thực hiện theo kiểu hình tia, kiểu đường trục hoặckết hợp

Sơ đồ hình tia được áp dụng trong các trường hợp:

o Các phụ tải tập trung công suất lớn;

o Các phụ tải quan trọng đòi hỏi độ tin cậy cung cấp điện cao;

o Các động cơ công suất thấp lấy điện từ tủ phân phối;

o Các thiết bị thuộc các phân xưởng có nguy cơ cháy nổ và môi trường nguy hiểm cao.Phân xưởng có 5 tủ phân phối bố trí ở sát tường nhà xưởng, phụ tải tập trung công suất lớn nên

ta sử dụng sơ đồ hình tia

Phân xưởng bố trí một trạm phân phối(TPP) nhận điện từ trạm biến áp(TBA) và phân phối tớicác tủ động lực Mỗi tủ động lực cung cấp điện cho một nhóm phụ tải đã phân nhóm như trên

Từ sơ đồ mặt bằng phân xưởng, chúng ta xét 2 phương án sau:

o Phương án 1: Đặt tủ phân phối ở góc trái cao nhất của phân xưởng, gần TBA, tủ động lực

ở sát tường, gần tâm nhóm phụ tải và kéo cáp đi dây đên từng thiết bị

o Phương án 2:Đặt tủ phân phối ở góc trái cáo nhất của phân xưởng gần TBA