thiết kế hệ thống cung cấp điện cho mạng điện phân xưởng

thiết kế hệ thống cung cấp điện cho mạng điện phân xưởng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHŨ NGHĨA VIỆT NAM

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

I ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay nhu cầu sử dụng điện là cần thiết đối với tất cả mỏi người trong mọi lĩnh vực đời sống hàng ngày từ việc sử dụng điện để chiếu sáng đến việc sử dụng điên phục vụ cho sản xuất,tất cả nhưng nhu cầu đó đã cho ta biết vai trò của điện trong đời sống Cùng với sự phát triện kinh tế-xã hội, khoa học kỹ thuật, thiết kế hệ thống cung cấp điện là một trong những vấn đề quan trọng trong sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đât nước ta Hệ thống cung cấp điện đóng vai trò rất lớn trong công cuộc xây dựng đất nước ta hiện nay Cùng với nhu cầu sự dụng điện và các trang thiết bị ngày càng hiện đại nên việc trang thiết bị về kiến thức mới về hệ thống cung cấp điện, cách thức sự dụng hệ thống trong xí nghiệp ,khu công nghiêp,nhà ở…là rất cần thiết

Qua việc học môn cung cấp điện và làm bài tập dài cung cấp điện, với đề tài thiết kế hệ thống cung cấp điện cho mạng phân xưởng theo nhóm đã giúp chúng em có cơ hội tổng hợp lại kiến thức đã học và hoc hỏi thêm một số kiến thức mới Em sẽ cố gắng phát huy được sáng tạo và nghiên cứu ,tìm hiểu để lựa chọn các thiết bị cho hệ thống tối ưu nhất

Tuy nhiên ,trong quá trình thiết kế sẽ có nhiều sai sót Vì vây chúng em rất mong giáo viên hướng dẫn đóng góp ý kiến và giúp đỡ để hoàn thiên hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

II.NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI

1 THIÊT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC CHO PHÂN XƯỞNG

2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CHO PHÂN XƯỞNG

3.CÁC BẢN VẼ

III.MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI

Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho mạng điện phân xưởng đáp ứng các phương án tiết kiệm nhất ,an toàn ,độ tin cậy cao

GIỚI THIỂU CHUNG VỀ PHÂN XƯỞNG

Phân xưởng là một phần quan trong không thể thiếu của mỗi nhà máy Nên để nhà máy phát triện ổn định và bắt kịp với trình độ phát triển khoa hoc kỹ thuật của thế giới thi mỗi phân xưởng hệ thống thiết bị hiện đại để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm

khảo sát có các thông số kỹ thuật yêu cầu như sau:

SVTH : Nguyễn Duy Hiếu 2

Hình 1.Mặt bằng phân xưởng

CHƯƠNG I CÁC KHÁI NIỆM PHỤ TẢI TOÁN

SVTH : Nguyễn Duy Hiếu 4

h

Hlv

Khi thiết kế hệ thống cung cấp điện cho mạng điện phân xưởng điều cần thiết nhất đòi hỏi người thiết kế phải xác định được nhu cầu điện của phụ tải tính toán của phân xưởng (công suất đặt của xưởng) cách phân bố, phối hợp các thiết bị…

Tùy theo quy mô phân xưởng để thiết kế sao cho đúng yêu cầu phụ tại mà tính đến sư phát triển trong tương lai của nhà máy Cụ thể khi muốn xác định phụ tải điện của phân xưởng thì ta cần dựa vào công suất đặt của phân xưởng và xét đến sự phát triển trong tương lai Như vậy, việc xác định nhu cầu điện là giải pháp tính toán phụ tải ngắn hạn của phân xưởng…

Dự báo phụ tải ngắn hạn là xác đinh phụ tải công trình ngay sau khi công trình vào sự dụng Phụ tải này gọi là phụ tải tính toán Khi thiết kế phải tính toán được phụ tải để lửa chọn thiết bị như: máy biến áp, dây dẫn, các thiết bị đóng ngắt và các thiết bị bảo vệ…để tính toán công suất,để chon thiết bị bù công suất phản kháng Chính vì thế phụ tải tính toán là một số liểu quan trọng để làm cỏ sọ thiết kế hệ thống cung cấp điện

Phụ tải tính toán phụ thuộc khá nhiều vào công suất , số lương các thiết bị điện, chế độ vận hành và quy trình công nghệ của phân xưởng, trình độ vận hành của công nhân…Vì thế,

để xác định chính xác phụ tải tính toán là một công việc khó khăn nhưng rất quan trọng Bởi

vì, nếu phụ tải tính toán nhỏ hơn phụ tải thực tế thì sẽ làm giảm tuổi thọ của các thiết bị điện, gây ra hỏng hóc, cháy nổ nguy hiểm Nếu phụ tải tính toán quả lớn so với phụ tải thực tế thì gây lãng phí , không kinh tế

Từ thực tế đó, nhiều nhà khoa học đã bỏ ra nhiều công sức để nghiên cứu các phương án tính toán phụ tải phù hợp và chính xác nhất nhưng cho đến nay mỏi kết quả tính toán chỉ mang tính chất tương đối

I.CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN VÀ CÁC HỆ SỐ TÍNH TOÁN

1 CÔNG SUẤT Pđm

Công suất định mức của các thiết bị tiêu thụ đều được ghi trên nhãn máy (Catlogue), Đối với động cơ, công suất ghi trên nhãn hiệu của máy chính là công suất trên trục động cơ Công suất đặt là công suất đầu vào của động cơ Vậy công suất đặt trên trục động cơ được tính như sau:

đc

đm đ

P P

η

=Trong đó: Pđm : Công định mức của động cơ (KW)

Pđ: Công suất đặt của động cơ (KW).

ηđc : Hiệu suất định mức của đông cơ.

Đối với phụ tải chiếu sáng thì công suất định mức được ghi trên đèn, công suất này băng công suất tiêu thụ nếu khi ta cấp điện áo định mức cho đèn

Đối với thiết bị làm việc ngắn hạn lặp lại, khi tính toán thì chúng ta quy đổi về chế độ

là việc định mức dài hạn

+ Đối với động cơ: P’= Pđm ε% (1.2)

+ Đối với máy biến áp hàn: P’

đm= Sđm.cosϕ. ε% (1.3)

2 PHỤ TẢI TRUNG BÌNH Ptb

Phụ tải trung bình là đặc trưng của phụ tải trong một khoảng thời gian nào đó Tổng phụ tảicủa thiết bị nào đó cho ta căn cứ để đánh giá giới hạn dưới của phụ tải tính toán Công thức tính toán như sau:

∆Q và ∆P: Điện năng tiêu thụ trong khoản thời gian khảo sát (Kvar, KW)

t : Thời gian khảo sát (h)

3 PHỤ TẢI CỰC ĐẠI Pmax

Phụ tải cực đại là phụ tải trung bình lớn nhất trong khoảng thời gian tương đối ngắn Thông thường, người ta chọn khoảng thời gian khảo sát là 30 phút

4 PHỤ TẢI ĐỈNH NHỌN

Phụ tải đỉnh nhọn là phụ tải cực đại xuất hiện trong khoảng thời gian ngắn nhất (1 ÷2s) Thường xuất hiện khi khởi động động cơ Việc tính toán –phụ tải này mang ý nghĩa quan trọng trong việc khảo sát sự dao động điện của hệ thống khi xảy ra sự cố để lựa chọn thiết

bị bảo vệ phù hợp

5 PHU TẢI TINH TOÁN

Phụ tải tính toán được tính theo điều kiện phát nóng cho phép, là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi của các phân tử cung cấp điện ( máy biến áp, đường dây) tương đương với phụ tải thực tế biến đổi theo điều kiện tác dụng lớn nhất Nói cách khác, phụ tải tính toán cũng làm nóng dây dẫn tới nhiệt độ lớn nhất do phụ tải thực tế gây ra Do vậy, để an toàn người thiết kế phải sử dụng phụ tải tính toán sao cho: Ptb ≤ Ptt ≤ Pmax

SVTH : Nguyễn Duy Hiếu 6

6 HỆ SỐ SỬ DỤNG Ksd

Hệ số sử dụng là tỉ số giữa phụ tải tác dụng trung bình và công suất định mức của thiết bị

+ Đối với một thiết bị:

đm

tb sd

n i tbi sd

P

P K

8 HỆ SỐ CỤC ĐẠI Kmax : Kmax ≥ 1

Hệ số cực đại là tỉ số giữa phụ tải tính toán và phụ tải trung bình trong khoảng thời ϕgian

Hệ số cực đại phụ thuộc vào nhiều yếu tố chủ yếu là thiết bị hiệu quả nhq và hệ số sử dụng

Ksd và hàng loạt các yếu tố đặc trưng cho chế độ làm việc của các thiết bị điện trong nhóm sản xuất nên rất phức tạp nhưng thông thường thì người ta tra theo đường cong đặc tính: Ksd =f(nhq,Ksd)

9.HỆ SỐ NHU CẦU knc

Là tỉ số giứa công suất tính toán và công suất định mức

sd đm

Hệ số hiệu quả là hệ số thiết bị giả thiết cùng công suất và chế độ làm việc chúng đò hỏi phụ tải bằng phụ tải tính toán của nhóm phụ tải cụ thể (gồm các thiết bị có chế độ làm

việc khác nhau) nhq =

2

n

1 i

2 dm

n

1 i dmi

)(P

II CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN PHỤ TẢI

Thực tế, có rất nhiều cách để tính phụ tải tính toán Tùy theo yêu cầu thiết kế và độ tin cậy của hệ thống để tính toán cho phù hợp

ϕcos

2

tt tt tt

p Q

Pđi, Pđmi : Công suất đặt và công suất định mức của thiết bị thứ i (KW)

Ptt, Qtt, Stt : Công suất tácdụng , công suất phản kháng, công suất toàn phần tính toán của nhóm thiết bị (kW, kVar, KVA)

n: số thiết bị trong 1 nhóm

Knc :Hệ số nhu cầu ( tra sổ tay kĩ thuật)

ϕ

tg

: Tương ứng với cosϕ của nhóm thiết bị ( Tra sổ tay kĩ thuật)

SVTH : Nguyễn Duy Hiếu 8

Phương pháp tính toán này có ưu điểm là đơn giản, thuận tiện Tuy nhiên, độ chính xác không cao Bởi vì knc ở phương phương pháp này là cố định trong sổ tay kỹ thuật nhưng thực tế nó còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong lúc vận hành máy hoặc tổ máy.

2 XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI CHIẾU SÁNG TRÊN MỘT ĐƠN VỊ DIỆN TÍCH

CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CHO PHÂN XƯỞNG

I PHÂN NHÓM PHỤ TẢI ĐỘNG LỰC

Trong xưởng phân có nhiều loại thiết bị có công suất khác nhau và chế độ làm việc cũng khác nhau, muốn xác định được phụ tải chính xác phải phân nhóm cho thiết bị điện Việc phân nhóm theo nguyên tắc sau:

+ Các thiết bị điện cùng một nhóm nên đặt gần nhau để giảm chiều dài dây dẫn hạ áp nhờ vậy tiết kiệm được vốn đầu tư và tổn thất điện năng trên đường dây phân xưởng

+ Chế độ làm việc của các thiết bị cùng một nhóm nên giống nhau nhờ đó việc xác định phụ tải tính toán được chính xác hơn và thuận tiện cho việc lựa chọn các thiết bị điện và thiết bị bảo vệ

+ Tổng công suất trên các nhóm là xấp xỉ bằng nhau để việc lựa chọn tủ động lực thuận tiện hơn Chú ý, số thiết bị trong một nhóm không nên bố trí quá nhiều

em chia số thiết bị trong phân xưởng thành 6 nhóm thiết bị

1 TÍNH TOÁN NHÓM PHỤ TẢI I

Bảng: Số liệu tính toán cho phân nhóm

I (

co

0,8

0,14

18 3,5

4

0,7

0,16

1,4

0,7

0,2

76

0,7

0,16

5,3

Số thiết bị có công suất lớn: n1 = 3

i

sdi đmi sdtb

p

k P k

Tra bảng theo Ksd và nhq ở (PL B.16) - TL thiết kế CCĐ→Kmax= 2,14 ⇒Hệ số nhu cầu :

SVTH : Nguyễn Duy Hiếu 10

( ) 0,73

5,2

26,0126,0

1

=

−+

=

−+

∑

hd

sd sd

nc

n

k k

k

Xác định hệ số công suất trung bình của phân xưởng:

74,0cos

2

P S

tb

tt tt

Khi hiệ

u

Công suất

Pđm

I (A

co

sϕ Ksd

Tọa độ nhóm thiết bị

0,,7

0,2

1,1

0,81

0,1

5

1,8

Số thiết bị của nhóm: n = 2

Số thiết bị có công suất lớn: n1 = 1

2,0

p p

17 , 0

p

k P k

Tra bảng theo Ksdtb và nhq ở (PL B.16) - TL thiết kế CCĐ→Kmax=2,46

nc

n

k k

k

Xác định phụ tải tính toán cho phân nhóm 2

73 , 0

cos

i

i đmi tb

2

P S

tb

tt tt

tt

ϕ

3 TÍNH TOÁN NHÓM PHỤ TẢI III

Bảng Số liệu tính toán phân nhóm 3

SVTH : Nguyễn Duy Hiếu 12

Khi hiệ

u

Công suất

Pđm

I (A

co

sϕ Ksd

Tọa độ nhóm thiết bị

0,7

0,14

4,53,5

dường

1,8

0,8

0,16

đứng

1,7

0,7

4 Máy hàn hai

pha

1,4

0,65

0,16

0

0,2

Số thiết bị của nhóm: n = 5

Số thiết bị có công suất lớn: n1 = 3

5,0

p p

Tra bảng ta được n*

hq = 0,8 → nhq= n.n*

hq= 4,8Tra bảng theo Ksd =0,15 và nhq ở (PL B.16) - TL thiết kế CCĐ→Kmax= 2,87

nc

n

k k

Số thiết bị của nhóm: n = 5

Số thiết bị có công suất lớn: n1 = 1

5,0

1

n

n n

p p

Tra bảng ta được n*

hq = 0,82 → nhq= n.n*

hq= 7.0,82= 5,74Tra bảng theo Ksd và nhq ở (PL B.16) - TL thiết kế CCĐ→Kmax= 1,64

nc

n

k k

tb

p

Xác định phụ tải tính toán cho phân nhóm 4

SVTH : Nguyễn Duy Hiếu 14

Khi hiệ

u

Công suất

Pđm

I (A

co

sϕ Ksd

Tọa độ nhóm thiết bị

0,7

0,14

1811

dường

1,9

0,8

0,16

3 Máy mài hai

đá

39

0,7

0,1

12

0,75

0,14

9,4

Ptt = kmax.ksd.∑P đmi= 15,48(kW)

Qtt = Ptt.tgϕ = 14,56(kVar)

= +

Khi hiệ

u

Công suất

Pđm

I (A

co

sϕ Ksd

Tọa độ nhóm thiết bị

0,5

0,65

0,16

11,5

11,5

7

0,7

0,2

3 Quạt thông

gió

1,5

0,7

0,4

12

0,75

0,14

T630

1,9

0,71

0,14

Tra bảng ta được n*

hq = 0,11→ nhq= n.n*

hq= 5.0,11= 0,55Tra bảng theo Ksd và nhq ở (PL B.16) - TL thiết kế CCĐ→Kmax=1,87

nc

n

k k

Khi hiệ

u

Côn

g suất

I (A

cos

ϕ Ksd

Tọa độ nhóm thiết bị

0,16

,7

Số thiết bị có công suất lớn: n1 = 2

SVTH : Nguyễn Duy Hiếu 16

k P k

Tra bảng theo Ksd và nhq ở (PL B.16) - TL thiết kế CCĐ→Kmax= 2,64 ⇒ Hệ số nhu cầu :

6,3

26,0126,0

1

=

−+

=

−+

∑

hd

sd sd

nc

n

k k

II XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI CHIẾU SÁNG

Tính toán chiếu sáng, lấy công suất chiếu sáng chung cho toàn phân xưởng,phân bố trung bình trên mặt bằng phân xưởng là: P0 = 14W/m2

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

Công thức tính : Pcs =p0 F

Trong đó :

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

F : là diện tích cần được chiếu sáng (m2)

Diện tích chiếu sáng toàn phân xưởng F = 333 (m2)

Suất phụ tải chiếu sỏng chung cho phõn xưởng sửa chữa cơ khớ (W/m2) Trong phõn xưởng SCCK hệ thống chiếu sỏng sử dụng đốn sợi đốt với cụng suất 200W và quang thụng F = 3000 lm.

Như vậy phụ tải chiếu sỏng của toàn phõn xưởng là:

Pcs =p0 F = 14 333=4662 W= 4,662 kW

Qcs=Pcs.tgϕcs=0 (Vỡ đốn sợi đốt cosϕcs= 1)

III XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TOÀN PHÂN XƯỞNG

Hệ số sử dụng tổng hợp của toàn xí nghiệp xác định theo biểu thức :

sd I O A M E H U N A R T

S S S S S S S S S S S

K S S S S S S S S S S S

++++++++++

ì++++++++++

22,0

CHƯƠNG III LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG

Với quy mụ nhà mỏy như số liệu đã tính toán thì nhọ̃n thṍy do cụng suṍt của toàn hợ̀ thụ́ng phõn xưởng khụng lớn nờn ở nhà máy này phụ tải chủ yờ́u là phụ tải loại 2 và loại 3 Quy mụ của phõn xưởng được xờ́p vào xí nghiợ̀p, nhà máy sản xuṍt Cú cụng suất nhỏ

1 XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ ĐĂT TRẠM BIẾN ÁP

Các chạm biến áp phân xởng có nhiều phơng án lắp đặt khác nhau,

tùy thuộc điều kiện của khí hậu , của nhà máy cũng nh kích thớc của trạm

SVTH : Nguyễn Duy Hiếu 18

biến áp.Trạm biến áp có thể đặt trong nhà máy có thể tiết kiệm đất,tránh bụi

bặm hoặc hóa chất an mòn,Song trạm biến áp cũng có thể đặt ở ngoài trời,đỡ

gây nguy hiểm cho phân xởng và ngời xản suất

Vị trí đặt TBA phải đảm bảo gần tâm phụ tải ,nh vậy độ dài mạng

phân phối cao áp và hạ áp sẽ đợc rút gắn , các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của

sơ đồ cung cấp điện đợc đảm bảo tốt hơn

Khi xác định vị trí trạm biến áp cũng nên cân nhắc sao cho các trạm

biến áp chiếm vị trí nhỏ nhất đảm bảo mỹ quan , không ảnh hởng đến quá

trình sản xất cũng nh thận tiện cho việc vận hành sửa chữa.Mặt khác cũng

phải đảm bảo an toàn cho ngời và thiết bị trong việc vận hành và trong quá

trình sản xuất

Xác định tâm phụ tải của phân xởng hoặc nhóm phân xởng đợc

cung cấp điện từ các trạm biến áp

Ta có công thức tổng quát xác định tâm phụ tải là:

l

i i

S

X S X

l

i i

S

Y S Y

Trong đó:

Xi,Yi :là tọa độ tâm phụ tải của phân xởng i

X,Y :là tọa độ tâm phụ tải điện của toàn xí nghiệp

Si :là công suất phụ tải phân xởng thứ i,KVA

Vậy : tâm phụ tải của toàn nhà máy có tọa độ là : (10 ;7,5)

Vậy : ta chọn vị trí đặt trạm TBA tọa độ :O (10 ;7,5)

2 CHỌN ĐÂY DẪN TƯ NGUỒN ĐẾN MẠNG PHÂN XƯỞNG

Chiều dài đờng dây đợc xác định bởi công thức:

L= ( ) (2 )2

BA ng BA

Tiết diện dây dẫn cao áp có thể chọn theo mật độ dòng điên kt.Căn cứ vào số

liệu và tra bảng ta tìm đợc Jkl =1,2 A/mm2

Dòng điện chạy trên dây dẫn là: I = 363,1( )

4,03

do chiều dài dõy dẫn ngắn nờn ta khụng tớnh tổn thất trờn đường dõy

Chọn dõy dẫn theo bảng sau :

l-ợng 1 km

Điện trở dây dẫn,

Icp (A)

nhà

Ngoài trời

3 G

300

3 SƠ ĐỒ NGUYấN Lí CHO MẠNG PHÂN XƯỞNG

SVTH : Nguyễn Duy Hiếu 20

Từ trạm biến áp ta kéo dây đến các nhóm thiết bị theo dường bẻ góc.các đường đi qua thanh cái trạm biến áp va qua thanh cái tủ phân phối động lực.các đường cáp được xây dựng dọc theo các mép nhà xưởng.như vậy sẻ thuận tiện cho việc xây dựng,vận hành và phát triển.

10KV

CHƯƠNG VI LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN

I LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP

1 sơ đồ nối dây cho mạng phân xưởng

Sơ đồ nối dây từ biến tram biến áp đến các thiết bị :

10 13 14 12

11 2

10 7 8 4

11 3 4 1

5 5 5

1 1

3 3 1

5 16a 5

5 4 5 4 3

TUÛ CHIEÁU SAÙNG

1 TÍNH TOÁN MÁY BIẾN ÁP

Trong hệ thông điện để biến đổi từ cấp điện áp này sang cấp điện áp

khác ngời ta dùng máy biến áp (MBA) Vốn đầu t cho máy biến áp trong

tổng số vốn đầu t là khá lớn , vì vậy việc lựa chọn số lợng và công suất các

máy biến áp trên cơ sở kinh tế kỹ thuật cho các trạm biến áp phân xởng có

nghĩa quan trọng để xây dựng hợp lý sơ đồ cung cấp điện cho nhà máy

Hụ̣ loại 2: Cũng phải có mụ̣t nguụ̀n cung cṍp đờ̉ dự phòng cho hợ̀ thụ́ng có thờ̉ đóng tự đụ̣ng hoặc bằng tay Hụ̣ loại 2 nhọ̃n điợ̀n từ mụ̣t trạm thì cũng cõ̀n phải đặt 2 máy biờ́n áp hoặc trạm đó chỉ có mụ̣t máy biờ́n áp đang làm viợ̀c và mụ̣t máy dự phòng nguụ̣i

Phõn nhóm phõn xưởng đờ̉ lựa chọn máy biờ́n áp

Với trạm đặt một MBA : điền kiện S dmB ≥S tt ( 3.1 )

Với trạm đặt hai MBA : điều kiện

2

tt dmB

S

4,1

sc dmB