BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC CUNG CẤP ĐIỆN ĐỀ TÀI Thiết kế cấp điện cho nhà xưởng sửa chữa cơ khí

Đề xuất các phương án cấp điện cho nhà xưởng 4 phương án; vị trí đặt TBA, tủ điện, chọn MBA, tiết dây dẫn; tính các loại tổn thất 2.3.. 1.Xác định phụ tải tính toán nhà xưởng Mục đích củ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC: CUNG CẤP ĐIỆN

Nhóm SV thực hiện: 1

1) Đinh Trường An MSV: 1951211821 2) Nguyễn Văn Anh MSV: 1951211828 3) Bùi Anh Ba MSV: 1951211832 4) Đỗ Hữu Bách MSV: 1951211833

Lớp: TĐH1 - K61 GVHD: TS Nguyễn Văn Vinh

Hà Nội, 2022

MỤC LỤC

1 Xác định phụ tải tính toán nhà xưởng

1.1 Tổng quan………

1.2 Phụ tải chiếu sáng………

1.3 Phụ tải thông thoáng và làm mát………

1.4 Phụ tải động lực ………

1.4.1 Phân nhóm thiết bị………

1.4.2 Xác định phụ tải các nhóm thiết bị………

1.4.3 Tổng hợp phụ tải động lực………

1.5 Tổng hợp phụ tải của toàn phân xưởng………

1.6 Kết luận 1 ………

2 Chọn sơ đồ phương án cấp điện tối ưu cho nhà xưởng

2.1 Tổng quan………

2.2 Đề xuất các phương án cấp điện cho nhà xưởng………

(4 phương án; vị trí đặt TBA, tủ điện, chọn MBA, tiết dây dẫn; tính các loại tổn thất) 2.3 Đánh giá lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu………

2.4 Kết luận 2………

3 Tính toán các loại tổn thất trên lưới điện nhà xưởng 3.1 Tổng quan………

3.2 Tính tổn thất công suất………

3.3 Tính tổn thất điện năng………

3.4 Tính tổn thất điện áp………

3.5 Kết luận 3………

4 Lựa chọn các phần tử, thiết bị trong sơ đồ cấp điện tối ưu 4.1 Tổng quan………

4.2 Tính toán ngắn mạch ………

4.3 Chọn và kiểm tra dây dẫn ………

4.4 Chọn và kiểm thiết bị trung áp (dao cách ly, cầu chảy, chống sét van, v.v…)……

4.5 Chọn thiết bị hạ áp (loại tủ phân phối, thanh cái, sử đỡ, thiết bị chuyển mạch bằng tay và tự động đóng/cắt nguồn tự động, aptomat/cầu chảy, khởi động từ v.v…)………

4.6 Chọn thiết bị đo lường: máy biến dòng, ampe mét, vol mét, công tơ v.v…………

4.7 Kết luận 4 ………

5 Tính toán bù công suất phản kháng cho nhà xưởng 5.1 Tổng quan ………

5.2 Tính toán bù công suất phản kháng để cosφ sau khi bù đạt 0,9………

5.3 Đánh giá hiệu quả bù công suất phản kháng………

5.4 Kết luận 5………

6 Tính toán hệ thống nối đất an toàn cho thiết bị nhà xưởng 6.1 Tổng quan………

6.2 Tính toán hệ thống nối đất an toàn cho thiết bị nhà xưởng ………

6.3 Kết luận 6………

7 Thiết kế chiếu sáng cho nhà xưởng 7.2 Thiết kế hệ thống chiếu sáng cho nhà xưởng………

7.3 Kết luận 7………

Kết luận

3 Phiếu giao BTL

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

PHIẾU GIAO BÀI TẬP LỚN Môn học: Cung cấp điện

Lớp:TĐH… - K61

I YÊU CẦU CHUNG

* Thời gian thực hiện: Từ 21/3/2022 đến 06/06/2022

* Hình thức trình bày: Viết tay hoặc đánh máy

- Các nhóm nộp tiểu luận cho lớp trưởng để lớp trưởng nộp cho GV

II TÊN ĐỀ TÀI: “Thiết kế cấp điện cho nhà xưởng sửa chữa cơ khí”

(với dữ liệu phục vụ thiết kế kèm theo)

III YÊU CẦU

1 Xác định phụ tải tính toán nhà xưởng (2,5 điểm)

2.2 Đề xuất các phương án cấp điện cho nhà xưởng

(4 phương án; vị trí đặt TBA, tủ điện, chọn MBA, tiết dây dẫn; tính các loại tổn thất) 2.3 Đánh giá lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu

4.3 Chọn và kiểm tra dây dẫn

4.4 Chọn và kiểm thiết bị trung áp (dao cách ly, cầu chảy, chống sét van, v.v…)

4.5 Chọn thiết bị hạ áp (loại tủ phân phối, thanh cái, sử đỡ, thiết bị chuyển mạch bằng tay và tự động đóng/cắt nguồn tự động, aptomat/cầu chảy, khởi động từ v.v…)

4.6 Chọn thiết bị đo lường: máy biến dòng, ampe mét, vol mét, công tơ v.v

4.7 Kết luận 4

5 Tính toán bù công suất phản kháng cho nhà xưởng (1,0 điểm)

5.1 Tổng quan

5.2 Tính toán bù công suất phản kháng để cosφ sau khi bù đạt 0,9

5.3 Đánh giá hiệu quả bù công suất phản kháng

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm, “Thiết kế cấp điện”, NXB KH&KT, Hà Nội, 2019 [2] Nguyễn Công Hiền (chủ biên ), “Hệ thống cung cấp điện của xí nghiệp công nghiệp

đô thị và nhà cao tầng”, NXB KH&KT, 2016

[3] Schneider Electric, “Electrical installation guide According to IEC international standards”, Edition 2019

[4] Các tiêu chuẩn và quy phạm liên quan

Giảng viên

Nguyễn Văn Vinh

DỮ LIỆU PHỤC VỤ THIẾT KẾ NHÀ XƯỞNG SỬA CHỮA CƠ KHÍ

- Mặt bằng bố trí thiết bị của nhà xưởng:

- Ký hiệu và thông số kỹ thuật của thiết bị nhà xưởng:

10

1.Xác định phụ tải tính toán nhà xưởng

Mục đích của việc tính toán phụ tải điện tại các nút nhằm:

- Chọn tiết diện dây dẫn của lưới cung cấp và phân phối điện áp từ dưới 1000V trở lên

- Chọn số lượng và công suất máy biến áp

- Chọn tiết diện thanh dẫn của thiết bị phân phối

- Chọn các thiết bị chuyển mạch và bảo vệ

Sau đây là một số phương pháp tính toán phụ tải thường dùng nhất trong thiết kế hệ thống cung cấp điện:

✓ Phương pháp dùng số thiết bị hiệu quả

✓ Phương pháp dùng hệ số Kđt (thiết kế theo IEC)

✓ Phương pháp tính theo suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị sản phẩm

✓ Phương pháp tính theo suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị diện tích…

5 Lò điện kiểu buồng 30.00 37.55 0.92 0.32 12.02 34.55

6 Lò điện kiểu buồng 55.00 68.84 0.92 0.32 22.03 63.33

20 máy mài tròn vạn năng 2.80 3.50 0.60 0.47 1.65 2.10

21 máy mài tròn vạn năng 7.50 9.39 0.60 0.47 4.41 5.63

22 máy mài tròn vạn năng 4.50 5.63 0.60 0.47 2.65 3.38

23 máy tiện 2.20 2.75 0.63 0.35 0.96 1.73

24 máy tiện 4.00 5.01 0.63 0.35 1.75 3.15

25 máy tiện ren 5.50 6.88 0.69 0.53 3.65 4.75

26 máy tiện ren 10.00 12.52 0.69 0.53 6.63 8.64

27 máy tiện ren 12.00 15.02 0.69 0.53 7.96 10.36

Phụ tải chiếu sáng tính toán của toàn nhà xưởng:

Pcs=15.864=12,96 (kW)

1.3 Phụ tải thông thoáng và làm mát

Phân xưởng có diện tích F=24*36=846 m2

Chọn 6 quạt thông gió có công suất: P1 = 100 W

Chọn 8 quạt làm mát là quạt trần có công suất P2 =100 W

Tổng công suất thông thoáng làm mát là:

- Các thiết bị điện trong cùng 1 nhóm gần nhau

- Nếu có thể, trong cùng 1 nhóm nên bố trí các máy có cùng chế độ làm việc

- Công suất các nhóm xấp xỉ bằng nhau

Vì vậy phụ tải phân xưởng được chia ra thành 4 nhóm và được tính toán lần lượt như sau:

STT Tên thiết bị Số hiệu trên sơ đồ Hệ số

ksd Cosφ Công suất

P(kW) Nhóm I

𝑄𝑖𝑡𝑡 = 𝑃𝑖𝑡𝑡 tan 𝜑𝑛ℎ𝑜𝑚

𝑆𝑖𝑡𝑡2 = 𝑃𝑖𝑡𝑡2 + 𝑄𝑖𝑡𝑡2Xác định phụ tải tính toán cho từng nhóm:

sự phân tích sơ bộ một cách đa dạng dưới nhiều khía cạnh như tiêu chuẩn kĩ thuật, chất lượng điện, độ tin cậy, tính đơn giản, thuận tiện trong vận hành… Để làm được điều đó đòi hỏi người thiết kế không những phải am hiểu về các thiết

bị điện, các phân tử hệ thống điện, mà còn phải có kinh nghiệm thực tế về xây dựng, quản lý và vận hành mạng điện

• Việc lựa chọn sơ đồ cung cấp điện được bắt đầu tư vấn đề lựa chọn cấp điện áp,

vị trí của trạm biến áp, sơ đồ nối dây, Kết cấu của các phân tử… các bài toán này được thực hiện trên cơ sở các điều kiện cụ thể, có xét đến hiệu quả toàn cục, lưu

ý đến khả năng tận dụng nguồn nguyên vật liệu tại chỗ, khả năng áp dụng các phân tử, sơ đồ chuẩn Các phương án lựa chọn phải có tính khả thi và tính thuyết

phục cao Phương án khả thi có hiệu quả kinh tế cao nhất được gọi là phương án tối ưu

• Phương án cung cấp điện bao gồm:

• Đảm bảo chất lượng điện năng: tần số điện áp

• Đảm bảo độ tin cậy, tính liên tục cung cấp điện phù hợp với tải

• Thuận tiện trong vận hành, lắp ráp sửa chữa

• An toàn cho người vận hành

2.2 Đề xuất các phương án cấp điện cho nhà xưởng

2.2.1 Tìm tọa độ tủ điện của từng nhóm đối tượng

Để lựa chọn được vị trí tối ưu cho TBA cần thỏa mãn các điều kiện sau:

- Vị trí trạm cần phải được đặt ở những nơi thuận tiện cho việc lắp đặt, vận hành cũng như thay thế và tu sửa sau này (phải đủ không gian để có thể dễ dàng thay máy biến áp, gần các đường vận chuyển )

- Vị trí trạm phải không ảnh hưởng đến giao thông và vận chuyển vật tư chính của

xí nghiệp

- Vị trí trạm còn cần phải thuận lợi cho việc làm mát tự nhiên (thông gió tốt), có khả năng phòng cháy, phòng nổ tốt đồng thời phải tránh được các bị hoá chất hoặc các khí ăn mòn của chính phân xưởng này có thể gây ra

cos 𝜑 = 𝑃

𝑆 → 𝑆 =

𝑃cos 𝜑

5.Lò điện kiểu buồng 31,95 28,5 10,5

x = ∑7𝑖=1𝑥𝑖∗𝑆𝑖

∑7𝑖=1𝑆𝑖 = 4,8∗21,95+6,8∗34,95+8,5∗21,95+10,5∗34,95+10,5∗31,95+10∗56,95+8∗3,4521,95+34,95+21,95+34,95+31,95+56,95+3,45 = 8,872(m)

=> Ta sẽ chọn tủ điện của nhóm này ở vị trí (8,87m;29,7m)

• Nhóm 2: Tính tương tự như nhóm 1 ta sẽ có x=5,97(m); y=21,64(m)

=> Ta sẽ chọn tủ điện của nhóm này ở vị trí (6m;20m)

• Nhóm 3: Tính tương tự như nhóm 1 ta sẽ có x=2,67(m); y=11,8(m)

=> Ta sẽ chọn tủ điện của nhóm này ở vị trí (2,5m;11m)

• Nhóm 4: Tính tương tự như nhóm 1 ta sẽ có x=20,8(m); y=25,86(m)

=> Ta sẽ chọn tủ điện của nhóm này ở vị trí (21m;25 m)

• Nhóm 5: Tính tương tự như nhóm 1 ta sẽ có x=17,88(m); y=21,18(m)

=> Ta sẽ chọn tủ điện của nhóm này ở vị trí (17m;21m)

2.2.2 Tính tọa độ tủ điện của nhà xưởng

=>Tọa độ của tủ điện tổng là (10,181m;22,84m)

2.2.3 Tính tiết diện dây

- Có điện áp vào nhà xưởng là U = 380V

- Nhiệt độ môi trường xung quanh là 25 °C

- Nhiệt độ tiêu chuẩn môi trường xung quanh 25°C

=> k1 =1

Chọn dây dẫn từ trạm biến áp tới tủ phân phối

• Dòng điện chạy trên dây dẫn từ trạm biến áp đến tủ phân phối: Đi lộ kép, chiều dài khoảng 5m

Ilvmax= 𝑆𝑡𝑡𝑛𝑥

𝑛.√3.𝑈 đ𝑚 = 158,08

2√3.0.4 = 114,08 A

• Tiết diện kinh tế của dây dẫn:

F = 𝐼𝑙𝑣𝑚𝑎𝑥

𝐽 𝑘𝑡 = 114,08

3,1 = 36,8(mm2)

Vậy ta chọn cáp XLPE.95 có thông số kỹ thuật: r0 = 0,193 (/km), xo = 0,0802 (

/km), I cp= 280 (A) (Bảng 4.53 Sổ tay tra cứu và lựa chọn các thiết bị điện – Ngô Hồng Quang)

• Kiểm tra phát nóng của dây dẫn: Isc ≤ k1k2Icp

Bằng 2 lần lúc vận hành bình thường ∆U = 0,4 V< 10%Uđm

Vậy cáp đã chọn thoả mãn yêu cầu

- Chọn dây dẫn từ tủ phân phối đến các tủ động lực, tủ động lực đến các phụ tải

- Để đảm bảo cung cấp điện được liên tục ngay cả khi xảy ra sự cố, ta chọn đường dây

từ tủ phân phối đến tủ động lực là đường dây kép

- Chọn dây dẫn từ tủ phân phối đến tủ động lực 1: Chiều dài khoảng 6m

• Dòng điện chạy trong dây dẫn từ tủ phân phối đến tủ động lực 1:

• Kiểm tra điều kiện phát nóng dây dẫn:Isc ≤ k1k2Icp

Bằng 2 lần lúc vận hành bình thường ∆U = 1,44 V< 10%Uđm

Vậy cáp đã chọn thoả mãn yêu cầu

 = + − = (0,124 + 4500.10-4)2.8760 = 2886,210 (h) L: Chiều dài đường dây

• Với L1 = 13,47 (m) = 13,47 10−3 (km)

- Từ tủ chính đến tủ nhóm 1:

+ Chọn dây AC – 185

Với tổng S của nhóm 1 = 217,32 (kVA)

Tra phụ lục với dây AC - 185 được:

𝑟𝑜 = 0,17 (Ω/km) và 𝑥𝑜 = 0,386 (Ω/km)

Tổng trở của đường dây:

Z = (𝑟𝑜 + j𝑥𝑜).L1 = (0,17 + j0,386) 13,47 10−3 = (2,29 + j5,2) 10−3 (Ω) Tổn thất công suất trên đường dây:

∆𝑆̇0 = 𝑆

2

𝑈đ𝑚2 Z = 217,32

2 0,38 2 (2,29 + j5,2) 10−6 = 0,75 + j1,7 (kVA) Thời gian tổn thất công suất lớn:

Với tổng S của nhóm 2 = 138,01 (kVA)

Tổng trở của đường dây:

Z = (𝑟𝑜 + j𝑥𝑜).L2 = (0,33 + j0,406) 8,21 10−3 = (2,71 + j3,33) 10−3 (Ω) Tổn thất công suất trên đường dây:

∆𝑆̇0 = 𝑆

2

𝑈đ𝑚2 Z = 138,01

2 0,38 2 (2,71 + j3,33) 10−6 = 0,36 + j0,44 (kVA) Thời gian tổn thất công suất lớn:

∆𝑆̇0 = 𝑆

2

𝑈đ𝑚2 Z = 89,44

2 0,38 2 (8,69 + j5,71) 10−6 = 0,48 + j0,32 (kVA) Thời gian tổn thất công suất lớn:

𝜏 = (0,124 + 𝑇𝑚𝑎𝑥 10−4)2 8760

= (0,124 + 5000 10−4)2 8760 = 3411 (h)

Tổn thất điện năng trên đường dây:

∆𝐴 = ∆𝑃 × 𝜏 = 0,48 × 3411 = 1637,28 (kWh)

• Với L4 = 24,11 (m) = 24,11 10−3 (km), với tổng S của nhóm 4 = 85,62 (kVA)

+ Từ tủ chính đến tủ nhóm 4:

Chọn dây AC – 35 Tổng trở của đường dây:

Z = (𝑟𝑜 + j𝑥𝑜).L3 = (0,85 + j0,438) 24,11 10−3 = (20,49 + j10,56) 10−3 (Ω) Tổn thất công suất trên đường dây:

∆𝑆̇0 = 𝑆

2

𝑈đ𝑚2 Z = 85,62

2 0,382 (20,49 + j10,56) 10−6 = 1,04 + j0,54 (kVA) Thời gian tổn thất công suất lớn:

𝜏 = (0,124 + 𝑇𝑚𝑎𝑥 10−4)2 8760

= (0,124 + 5000 10−4)2 8760 = 3411 (h) Tổn thất điện năng trên đường dây:

∆𝐴 = ∆𝑃 × 𝜏 = 1.04 × 3411 = 3547,44 (kWh)

* Với L5 = 12,24 (m) = 12,24 10−3 (km) Với tổng S của nhóm 5 = 83,39 (kVA)

Từ tủ chính đến tủ nhóm 5:

Chọn dây AC – 16 Tổng trở của đường dây:

Z = (𝑟𝑜 + j𝑥𝑜).L3 = (2,06 + j0,4) 12,24 10−3 = (25,21 + j4,9) 10−3 (Ω) Tổn thất công suất trên đường dây:

∆𝑆̇0 = 𝑆

2

𝑈đ𝑚2 Z = 83,39

2 0,38 2 (25,21+ j4,9) 10−6 = 1,21 + j0,24 (kVA) Thời gian tổn thất công suất lớn:

𝜏 = (0,124 + 𝑇𝑚𝑎𝑥 10−4)2 8760

= (0,124 + 5000 10−4)2 8760 = 3411 (h) Tổn thất điện năng trên đường dây:

- Sơ đồ hình tia: Mạng cáp các thiết bị được dùng điện được cung cấp trực tiếp từ các tử động lực (TĐL) hoặc từ các tủ phân phối (TPP) bằng các đường cáp độc lập Kiểu sơ đồnày có độ tin cậy CCĐ cao, nhưng chi phí đầu tư lớn, thường được dùng ở các hộ loại I và loại II

Hình 2.3 Sơ đồ hình tia

- Sơ đồ liên thông: Các TĐL được cấp điện từ TPP bằng các đường cáp chính Cùng lúc có thể cấp điện cho các TĐL khác Ưu điểm của sơ đồ này là tốn ít cáp, chủng loại cáp cũng ít Nó thích hợp với các phân xưởng có phụ tải nhỏ, phân bố không đồng đều Nhược điểm là độ tin cậy cung cấp điện thấp, thường dùng cho các hộ loại III

Hình 2.4 Sơ đồliên thông

Ngoài ra còn có nhiều các sơ đồ khác như sơ đồ mạch vòng kín, sơ đồ dẫn sâu, sơ đồ mạch vòng kín vận hành hở…

=> Từ các ưu khuyết điểm của từng dạng sơ đồ và sơ đồ bố trí thiết bị trong phân xưởng

ta chọn dạng sơ đồ hỗn hợp làm phương án nối điện trong phân xưởng

Ta xét các phương án đi dây:

• Phương án 1: Đặt tủ phân phối tại tại góc phân xưởng từ đó kéo điện đến các tủ động lực được đặt sát tường

• Phương án 2: Đặt tủ phân phối tại tâm phụ tải từ đó kéo điện đến các tủ động lực được đặt sát tường

2.3.2 Lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu

❖ Nguyên tắc chung chọn dây dẫn và dây cáp cho sơ đồ

Trong mạng điện phân xưởng, dây dẫn và dây cáp được chọn theo những nguyên tắc sau:

- Đảm bảo tổn thất điện áp trong phạm vi cho phép: trong phân xưởng chiều dài đường dây rất ngắn nên ∆U không đáng kể

TPP

TÐL

TÐL TÐL

TPP

TÐL

- Kiểm tra độ sụt áp khi có động cơ lớn khởi động: điều kiện này ta cũng có thể bỏ qua do phân xưởng không có động cơ có công suất quá lớn

- Đảm bảo điều kiện phát nóng

Như vậy nguyên tắc quan trọng nhất chính đảm bảo điều kiện phát nóng Sau đây ta

- Icp (A): Dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây cáp chọn được

Ilvmax (A): Dòng điện làm việc lớn nhất của phân xưởng, nhóm, hay các thiết bị điện đơn

lẻ

Để đảm bảo cung cấp điện được liên tục ngay cả khi xảy ra sự cố, ta chọn đường dây từ tủ phân phối đến tủ động lực là đường dây kép

• Chọn dây dẫn từ tủ phân phối đến tủ động lực 1: Chiều dài khoảng 6m

- Dòng điện chạy trong dây dẫn từ tủ phân phối đến tủ động lực 1: Ilvmax= 𝑆𝐼𝑡𝑡

Vậy ta chọn cáp XLPE.35 có thông số kỹ thuật: r0 = 0,669 (/km), xo = 0,0904 (

/km), I cp= 160 (A).(Bảng 4.53Sổ tay lựa chọn và tra cứu các thiết bị điện – Ngô Hồng Quang)

• Kiểm tra điều kiện phát nóng dây dẫn:Isc ≤ k1k2Icp

∆U =112,78.0,669+96,2.0,0904

0,4 6.10

−3

2 = 0,63 V < 5%Uđm+ Tổn thất điện áp lớn nhất lúc sự cố đứt 1 dây:

Bằng 2 lần lúc vận hành bình thường ∆U = 1,26 V< 10%Uđm Vậy cáp đã chọn thoả mãn yêu cầu

+ Vốn đầu tư đường dây:Zdây = (avh + atc).Vdây + C (đ)

Vdây = v0.2L (giá tiền trên mỗi km chiều dàiv0= 124,8.106 (đ/km) )

- Trình tự các bước tính toán tổn thất trong hệ thống cung cấp điện:

+ Vẽ sơ đồ thay thế trong hệ thống cung cấp điện và xác định các thông số trong sơ đồ thay thế

Với tổng S của nhóm 1 = 217,32 (kVA)

Tra phụ lục với dây AC - 185 được:

* Với L2 = 18,85 (m) = 18,85 10−3 (km)

Từ tủ chính đến tủ nhóm 2:Chọn dây AC – 95

Với tổng S của nhóm 2 = 138,01 (kVA)

Tổng trở của đường dây: