Đồ án Môn cung cấp điện đại học Điện Lực

“ Thiết kế cung cấp điện cho một phân xưởng sản xuất công nghiệp” A.Dữ kiện: Thiết kế mạng điện cung cấp cho một phân xưởng với số liệu cho trong bảng số liệu thiết kế cấp điện phân xưởng. Tỷ lệ phụ tải điện loại I là 70%. Hao tổn điên áp cho phép trong mạng điện hạ áp 〖∆U〗_cp= 3,5%. Hệ số công suất cần nâng lên là cosφ=0,90. Hệ số chiết khấu i=12%. Công suất ngắn mạch tại điểm đấu điện S_k= MVA. Thời gian tồn tại của dòng ngắn mạch t_k=2,5. Giá thành tổn thất điện năng c_∆=1500 đ∕kWh; suất thiệt hại do mất điện g_th=800đ∕kWh. Đơn giá tụ bù là 110.103đ∕kVAr, chi phí vận hành tụ bằng 2% vốn đầu tư, suất tổn thất trong tụ 〖∆P〗_b=0.0025 kW∕kVAr. Giá điện trung bình g=1250 đ∕kWh. Điện áp lưới phân phối là 22 kV. Thời gian sử dụng công suất cực đại T_M=4500(h). Chiều cao phân xưởng h=4,7 (m). Khoảng 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.

Mục lục

Chương 1: Tính toán chiếu sáng cho phân xưởng

1.1 Các yêu cầu chung

1.2 Tính toán chiếu sáng cho phân xưởng

Chương 2: Tính toán phụ tải điện

2.1 Tính toán phụ tải chiếu sáng………

2.2 Tính toàn phụ tải thông thoáng và làm mát………

2.3 Tính toán phụ tải động lực………

2.3.1 Phân chia nhóm thiết bị………

2.3.2 Xác định phụ tải tính toán cho các nhóm phụ tải động lực 2.4 Tính toán phụ tải tổng hợp…………

Chương 3: Xác định sơ đồ cấp điện của phân xưởng 3.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp(TBA) của phân xưởng……

3.1.1 Xác định tâm các nhóm phụ tải của phân xưởng……

3.1.2 Vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng……

3.2 Chọn công suất và số lượng máy biến áp………

3.2.1 Chọn số lượng máy biến áp…………

3.2.2 Chọn công suất máy biến áp………

3.2.3 Chọn máy biến áp cho phân xưởng…………

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

3.3 Lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu 3.3.1 Chọn dạng sơ đồ nối điện cho phân xưởng………

3.3.2 Chọn trạm phân phối và tủ động lực………

3.3.3 Lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu………

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

4.1 Chọn dây dẫn của mạng động lực

4.2 Chọn dây dẫn của mạng chiếu sáng

4.3 Tính toán ngắn mạch

4.3.1 Tính toán ngắn mạch phía cao áp của mạng điện

4.3.2 Tính toán ngắn mạch phía hạ áp của mạng điện và kiểm tra

4.4 Chọn thiết bị bảo vệ và đo lường

Chương 5: Tính toán chế độ mạng điện

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

5.2 Xác định tổn hao công suất

5.3 Xác định tổn thất điện năng

Chương 6: tính chọn 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

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.

Em xin chân thành cảm ơn!

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

Số hiệu

Công suất đặt P, Kw theo các phương án

A1; 2; 3; 19;

4; 5; 7; 8;

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:

L = K V

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 :

2 Máy tiện ngang bán tựđộng 2 0,35 0,67 17

Nhóm 2

Nhóm 4

6 Máy hàn xung 37 0,32 0,55 22

Nhóm 5

( i)

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 :

k =

P max

P mi n =

17 2,2 =7 ,727

Số lượng hiệu dụng của nhóm 1 là :

Nhóm 2

5 Máy hàn hồ quang 34 0,53 0,9 33 17,49 29,7 1089

Nhóm 4

Nhóm 5

Bảng 2.8 Kết quả tính toán phụ tải

2.6 Tính toán bù công suất phản kháng

2.6.1 Ý nghĩa việc chọn bù công suất phản kháng

Hệ số công suất cosφ là một trong những chỉ tiêu để đánh giá phân xưởng có dùng điện có hợp lý và tiết kiệm hay không Nâng cao hệ số công suất cosφ là chủ trương lâu dài gắn liền với

mục đích phát huy hiệu quả cao nhất quá trình sảng suất, phân phối và sử dụng điện năng

Phần lớn các thiết bị tiêu thụ điện đều tiêu thụ công suất tác dụng P và công suất phảnkháng Q Công suất tác dụng là công suất được biến thành cơ năng hoặc nhiệt năng trong cácthiết bị điện, còn công suất phản kháng là công suất từ hóa sinh ra trong các máy điện xoaychiều, nó không sinh ra công

Truyền tải một lượng công suất qua dây dẫn và máy biến áp sẽ gây ra tổn thất điện áp, tổnthất điện năng lớn và làm giảm khả năng truyền tải của các phần tử của mạng điện Tổn thất điện

áp, tổn thất điện năng càng tăng khi lượng công suất phản kháng truyền qua dây dẫn và máy biến

áp tăng Do đó để có lợi về kinh tế kỹ thuật trong lưới điện cần nâng cao công suất tự nhiên hoặc

đưa nguồn bù công suất phản kháng đến gần nơi tiêu thụ để tăng hệ số công suất cosφ làm giảm

công suất phản kháng nhận từ hệ thống điện

Việc bù công suất phản kháng đưa lại hiệu quả là nâng cao được hệ số cosφ, việc nâng cao

hệ số cosφ sẽ đưa đến các hiệu quả sau:

- Giảm được tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện

- Giảm tổn thất điện áp trong mạng điện

- Nâng cả khả năng truyền tải điện của mạng điện

- Tăng khả năng phát của các máy phát điện

2.6.2 Các biện pháp bù công suất phản kháng

- Biện pháp tự nhiên:

Dựa trên việc sử dụng hợp lý các thiết bị sẵn có như hợp lý hóa quy trình sản xuất, giảmthời gian chạy không tải của các động cơ, thay thế thường xuyên các động cơ làm việc non tảibằng các động cơ có công suất hợp lý hơn.

- Biện pháp nhân tạo:

Dùng các thiết bị có khả năng sinh công suất phản kháng bằng cách đặt các thiết bị bù như

tụ bù tĩnh

2.6.3 Xác định dung lượng bù

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

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

- Chọn thiết bị bù

Ta có thể chọn thiết bị bù là các tụ bù tĩnh Nó có ưu điểm là giá đầu tư 1 đơn vị công suất

bù không phụ thuộc vào dung lượng tụ bù nên thuận tiện cho việc chia nhỏ thành nhóm hoặc đặt

gần các phụ tải Mặt khác, tụ điện tĩnh tiêu thụ rất ít công suất tác dụng từ 0,003 ÷ 0,005 (kW) và

vận hành đơn giản ít sự cố

2.6.5 Xác định dung lượng bù cần thiết

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:

Công suất phản kháng sau khi bù là:

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

*Phương thức đặt trạm biến áp:

Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể, các trạm biến áp có thể lắp đặt theo các phương thức khácnhau: lắp đặt bên trong nhà xưởng, gắn vào tường phía trong nhà xưởng, gắn vào tường phíangoài, đặt độc lập bên ngoài, đặt trên mái, dưới tầng hầm

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

1 Máy tiện ngang bántự động 3 0,67 18 26,866 21,081 23,551 566,362 632,713

Nhóm 5

4 Máy tiện ren 30 0,7 12 17,143 9,73 17,495 166,8 299,914

- 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

Toạ độ tâm của nhóm 1 :

Tính toán tương tự cho các nhóm khác

Bảng 3.2 Tâm của các nhóm phụ tải và phân xưởng

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