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 xưởng4 phương án; vị trí đặt TBA, tủ điện, chọn MBA, tiết dây dẫn; tính các loại tổn thất2.3.. Đề xuất các phương án cấp điện cho nhà xưởng Các phư

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Hà Nội, 2022

ĐỀ TÀI:

“Thiết kế cấp điện cho nhà xưởng sửa chữa cơ khí”

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

- Mặt bằng bố trí thiết bị của nhà xưởng:

17

18 19

28

29

1 0 10

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

Thiết bị trên sơ đồ mặt

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 bằngtay 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

SỬ LÝ SỐ LIỆU THEO NHÓM

Sử lý số liệu với i=2

+ Cột công suất đặt (kW): Pi = (P1 + 0,15i)=(P1+0.15*2)

Thiết bị trên sơ đồ

BÀI LÀM

CHƯƠNG 1 Xác định phụ tải tính toán nhà xưởng

Ptt=Po.S (W)

Trong đó :

Ptt Là phụ tải tính toán của một phân xưởng (W)

Po Là công suất chiếu sáng trên 1 đơn vị diện tích sản xuất

(Po = 20 W/m2)

Với S = a.bTrong đó :

Với a = 36 m

b = 24 m

S = a.b = 36.24 = 864 m2

 Ptt = Po.S = 20.864 = 17280 W = 17,28 kW

1.3 Phụ tải thông thoáng và làm mát

Phân xưởng trang bị 35 quạt trần mỗi quạt có công suất là 150 W và 10 quạt hút mỗi quạt

80 W, hệ số công suất trung bình của nhóm là 0,8

Tổng công suất thông thoáng và làm mát là:

1.4 Phụ tải động lực

1.4.1 Phân nhóm thiết bị

1.Lò điện kiểu tầng 8.Lò điện kiểu

tầng 15.Thùng tôi 20.Máy màitròn vạn năng 28.Máy phayđứng2.Lò điện kiểu tầng 9.Lò điện kiểu

tầng 16.Thiết bị caotần 21.Máy màitròn vạn năng 29.Máy phayđứng3.Lò điện kiểu tầng 10.Lò điện

kiểu tầng 17.Thiết bị caotần 22.Máy màitròn vạn năng 30.Máy khoanđứng4.Lò điện kiểu tầng 11.Bồn đun

nước nóng 18.Máy quạt 23.Máy tiện 31.Máy khoanđứng5.Lò điện kiểu buồng 12 Thùng tôi 19.Máy quạt 24.Máy tiện 32.Cần cẩu

6.Lò điện kiểu buồng 13.Bồn đun

7 Thùng tôi 14.Bồn đun

27.Máy tiện ren

21.Máy mài tròn vạn năng 9,45 0,65 6,14

22.Máy mài tròn vạn năng 6,45 0,65 4,19

26.Máy tiện ren 11,95 0,71 8,48

 Xác định phụ tải tính toán cho nhóm phụ tải chiếu sáng và làm mát

 Phụ tải chiếu sáng phải hoạt động liên tục trong quá trình nhà xưởng hoạt độngnên kđt=1 (theo IEC 439)

Phụ tải chiếu sáng tính được ở trên là:

Pttlm&cs = (Pttcs + Pttlm).kđt = (17,28+5,45).0,9 = 20,46 kW

Cosφtb = 0,65

 Hệ số công suất trung bình của cả phân xưởng tương đối cao 0,83 Do vậy cần

bù không nhiều

CHƯƠNG 2 CHỌN SƠ ĐỒ PHƯƠNG ÁN CẤP ĐIỆN TỐI ƯU CHO NHÀ

XƯỞNG

2.1 Tổng quan

- So sánh KT-KT là để chọn lựa được phương án cấp điện tối ưu

+Bước 1: Đề xuất 1 số phương án cấp điện phù hợp phụ tải

+Bước 2: Sơ bộ chọn các phương án có yêu cầu kỹ thuật tương đương

+Bước 3: So sánh KT-KT chọn phương án cấp điện tối ưu

2.2 Đề xuất các phương án cấp điện cho nhà xưởng

(Các phương án; vị trí đặt TBA, tủ điện, chọn MBA, tiết dây dẫn; tính các loại tổnthất)

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 hànhcũng như thay thế và tu sửa sau này (phải đủ không gian để có thể dễ dàng thay máy biến

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

o 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)

o 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)

o 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)

o 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

-Ta có: Itt = (√3)∗cosP (φ)∗U

Cosφ =0,91∗4+0,92∗2+0,957 = 0,918

Itt = (√3)∗cosP (φ)∗U = 328,846(A)

-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 dàikhoảng 5m

 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

= (0,124 + 4500.10-4)2.8760 = 2886,210 (h)

L: Chiều dài đường dây

∆A = 131,210.42+88,172 2.0,193.5.102−3.2886,210 = 217,51 kW

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 đườngdây 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= n.√S 3 U Itt đm = 255,67√3.0.4 = 40,18 (A)

 Tiết diện kinh tế của dây dẫn:

F = I lvmax

J kt = 40,183,1 = 12,96 (mm2)

Vậy ta chọn cáp XLPE.35 có thông số kỹ thuật: r0 = 0,669 ( /km), xo = 0,0904 (/km), = 160 (A).(Bảng 4.53Sổ tay lựa chọn và tra cứu các thiết bị điện – Ngô HồngQuang)

 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

∆A = 55,670.422.0,669.6.102−3.2886,210 = 112,2 kW

Với tổng S của nhóm 1 = 217,32 (kVA)

Tra phụ lục với dây AC - 185 được:

Với tổng S của nhóm 2 = 138,01 (kVA)

Tổng trở của đường dây:

Z = (r o + jx o).L2 = (0,33 + j0,406) 8,21.10 −3 = (2,71 + j3,33).10 −3 (Ω)

Tổn thất công suất trên đường dây:

∆˙S0 = U S2

đm

2 Z = 138,012

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

1.3 Đánh giá lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu

2.3.1 Chọn dạng sơ đồ nối điện cho phân xưởng

Mạng điện phân xưởng thường có các dạng sơ đồ chính sau đây:

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

phụ tải nhỏ, phân bố không đồng đều Nhược điểm là độ tin cậy cung cấpđiện thấp, thường dùng cho các hộ loại III.

TPP

TÐL

TÐL TÐL

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 phânxưởng 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 đếncác tủ động lực được đặt sát tường

 Phương án 2: Đặt tủ phân phối tại tâm phụ tải từ đó kéo điện đến các tủđộng 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 nhữngnguyên tắc sau:

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

- Kiểm tra độ sụt áp khi có động cơ lớn khởi động: điều kiện này ta cũng cóthể 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 Sauđây ta sẽ xét cụ thể về điều kiện phát nóng

Cáp và dây dẫn được chọn cần thỏa mãn:

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

Để đảm bảo cung cấp điện được liên tục ngay cả khi xảy ra sự cố, ta chọnđường 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= n.√S 3 U Itt đm = 255,08√3.0.4= 39,75(A)

 Tiết diện kinh tế của dây dẫn:

F = I lvmax

J kt = 39,753,1 = 12,8 (mm2)

Vậy ta chọn cáp XLPE.35 có thông số kỹ thuật: r0 = 0,669 ( /km), xo =0,0904 ( /km), = 160 (A).(Bảng 4.53Sổ tay lựa chọn và tra cứu các thiết bịđiện – Ngô Hồng Quang)

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

Bằng 2 lần lúc vận hành bình thường ∆U = 1,26 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

∆A = 55,080.422.0,669.6.102 −3.2886,210 =109,84 kW

 Chi phí tổn thất điện năng:

C=∆ A c0=109,84.2000=219.671(đ)

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

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

3.1 Tổng quan

- Trong HTCCĐ có các loại tổn thất: tổn thất công suất, tổn thất điện năng, tổn thất điệnáp

- 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

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:

Ta có công thức tính tổn thất điện áp: ∆U =P R+Q X U đ m

 Tổn thất điện áp trên đường dây L1:

 Sự cố (NM): I >> Iđm → Các PT-TB bị sự cố phải được cắt ra khỏi nguồn bởi thiết

bị BV → PT-TB phải chịu được trong thời gian tồn tại sự cố Các PT-TB cần phải đượclựa chọn đảm bảo đồng thời 3 điều kiện trên

 Điều kiện chung lựa chọn các PT-TB:

 Đối với đd lv //: I = 2I = 2I (tức là tính khi 1 đd bị đứt);

 Đối với mạch MBA: I lvmax = kqtmaxIbt=kqtmaxIđmBA (thg kqtmax= 1,4 );

 Đối với mạch MPĐ: I lvmax = kqtmaxIbt= 1,05Iđm

a) Tính toán ngắn mạch phía cao áp

Tính điện trở và điện kháng có dòng ngắn mạch đi qua

Chọn Scđm = 250 MVA; Utb = 1,05*Uđm = 1,05*22= 23,1(kV); AC-35: r o= 0,92(Ω/km) và

4.3 Chọn và kiểm tra dây dẫn

Giả sử nhiệt độ môi trường đặt cáp là 25°C thì k1=1, với 3 cáp đặt chung 1 rãnh, tra bảngđược k2=0,85

Chọn cầu chì hạ áp( do hãng ABB chế tạo) có dòng điện định mức là Idc = 100(A)Thì 0,85*Icp≥ I dc

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

Vậy ta chọn dao cách ly 3DC điện áp 24kV có thông số kĩ thuật như sau: [2]

Dùng cầu chảy do Siemen chế tạo có thông số như sau:

Chống sét van để chống sét lan truyền từ đường dây vào TBA

Trạm biến áp phân phối được cấp điện bằng đường dây trên không 22kV cần phải đặtchống sét van

Điều kiện chọn: UđmCSV ≥ UđmLĐ.

Ta chọn CSV có thông số sau :

Bảng 3.5 Thông số kĩ thuật của CSV 3EA1

Hãng sản xuất Loại Vật liệu Uđm (kV) Dòng điện phóng

định mức (kA)Vật liệu

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…)

Aptomat t?ng

Aptomat nhánh

4.5.3 Chọn tủ phân phối của xưởng

- Áp tô mát tổng, chọn A3140 như áp tô mát đầu nguồn

- 6 nhánh ra, chọn áp tô mát A3120 có I đm = 100 (A)

Tra bảng chọn tủ phân phối loại ITP-9322

Khởi động từ = công tắc tơ + rơle nhiệt Vì vậy việc chọn khởi động từ chính là chọncông tắc tơ và chọn rơle nhiệt.

- Chọn khởi động từ cho động cơ máy cưa kiểu đai:

Khóa liên động cơ khí UN-ML11 (cx)

- Chọn khởi động từ kép cho động cơ máy mài thô:

P đmK ≥ P đm = 2,3 (kW)

I đmRN = I đm = 5,82 (A)

Tra bảng, chọn 2 công tắc tơ S-2xN10 KP (cx), P đmK = 4 (kW), I đmK = 20 (A)

Rơle nhiệt TH-N12KP (cx), I đmRN = 4÷6 (5 A)

Khóa liên động cơ khí UN-ML11 (cx)

- Chọn khởi động từ kép cho động cơ máy khoan đứng:

P đmK ≥ P đm = 4,5 (kW)

I đmRN = I đm = 11,39 (A)

Tra bảng, chọn 2 công tắc tơ S-2xN11 KP (cx), P đmK = 5,5 (kW), I đmK = 20 (A)

Rơle nhiệt TH-N18KP (cx), I đmRN = 9÷13 (11 A)

Khóa liên động cơ khí UN-ML11 (cx)

- Chọn khởi động từ kép cho động cơ máy khoan ngang:

P đmK ≥ P đm = 4,5 (kW)

I đmRN = I đm = 11,39 (A)

Tra bảng, chọn 2 công tắc tơ S-2xN11 KP (cx), P đmK = 5,5 (kW), I đmK = 20 (A)

Rơle nhiệt TH-N18KP (cx), I đmRN = 9÷13 (11 A)

Khóa liên động cơ khí UN-ML11 (cx)

- Chọn khởi động từ kép cho động cơ máy xọc:

P đmK ≥ P đm = 2,8 (kW)

I đmRN = I đm = 7,09 (A)

Tra bảng, chọn 2 công tắc tơ S-2xN10 KP (cx), P đmK = 4 (kW), I đmK = 20 (A)

Rơle nhiệt TH-N12KP (cx), I đmRN = 5,2÷8 (6,6 A)

Khóa liên động cơ khí UN-ML11 (cx)

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

2 Công tơ hữu công: 2,5 VA

3 Công tơ vô công: 5,1 VA

Các đồng hồ có độ chính xác 0,5

Chọn dùng biến dòng hạ áp do Công ty Đo điện Hà Nội chế tạo, số lượng ba BI đặt trên

3 pha , đấu hình sao

Loại Uđm (V) Iđm (A) I2dm (A) Số vòng sơ cấp Dung lượng

(VA) Cấp chínhxác

Dây dẫn dùng dây đồng tiết diện 2,5 mm2, nghĩa là M 2,5

Không cần kiểm tra ổn định động, ổn định nhiệt

4.6.2.Ampe met và vol mét

- Ampemet dùng để do dòng điện các pha thông qua hệ thống máy biến dòng Mỗi tủchọn 3 ampemet theo tỉ số biến của TI do công ty điện lực Hà Nội chế tạo

- Chọn dùng 1 volmet có kèm theo thiết bị chuyển mạch cho mỗi tủ do công ty điện lực

Chọn 1 công tơ vô công và một công tơ hữu công cho trạm tủ phân phối do công ty điệnlực Hà Nội chế tạo.

Tên thiết bị Kiểu Cấp chính xác Số

pha

Dòng điện(A) Điện áp (V)

4.7 Kết luận 4

CHƯƠNG 5 Tính toán bù công suất phản kháng cho nhà xưởng

5.1 Tổng quan

5.1.1 Hệ số công suất

cosφ= P S = √P2P +Q2

a) Hệ số cosφ tức thời:

cosφ = √3UI P

b) Hệ số công suất trung bình cosφ tb

- Là hệ số cos trong một khoảng thời gian nào đó (1 ca, 1 ngày đêm, 1 tháng, ), dung

để đánh giá mức độ sử dụng điện tiết kiệm và hợp lý của nhà xưởng

cosφ tb= cos arctg Q tb

P tb

c) Hệ số công suất cosφ tự nhiên

- Là hệ số công suất trung bình tính trong một năm (8760h) khi không có thiết bị bù,được dùng làm căn cứ xác định phụ tải tính toán, nâng cao hệ số công suất và bù côngsuất phản kháng

- Đối với ĐCKĐB có cos thấp (cos = 0,5÷0,7), do đó ĐCKĐB tiêu thụ công suấtphản kháng nhiều nhất, chiếm (65÷70)%, sau đó là máy biến áp

5.1.2 Bù công suất phản kháng cho nhà xưởng

- Là sử dụng các thiết bị bù (tụ bù, máy bù đồng bộ) đặt song song với thiết bị tiêu thụcông suất phản kháng để cung cấp 1 phần hoặc toàn bộ lượng công suất phản kháng màthiết bị này tiêu thụ

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

5.2.1 Chọn vị trí bù

Về nguyên tắc, để có lợi nhất về mặt giảm tổn thất điện áp và tổn thất điện năng cho đốitượng dùng điện cần phải đặt phân tán các bộ tụ bù cho từng động cơ Tuy nhiên nếu đặtphân tán sẽ không có lợi về vốn đầu tư, lắp đặt, quản lý và vận hành Hơn nữa, phânxưởng có tổng công suất nhỏ, dung lượng bù không nhiều, nên ta đặt dàn tụ bù tại thanhcái hạ áp của trạm biến áp

5.2.2 Tính toán dung lượng bù

Tổng công suất của xí nghiệp:

P = 71,86+42,03+34,27+25,94+21,15 = 195,25 (kW)

Xác định dung lượng bù: Qb = P.(tanφ1– tanφ2)

Hệ số công suất trung bình của nhà xưởng: cosφtb = 0,77 => φ1 = 39,65o

Hệ số công suất yêu cầu đạt được: cosφyc = 0,9 => φ2 = 25,840

Qb = P.(tanφ1– tanφ2) = 195,25*(0,828-0,484) = 67,166(kVAr)

Chọn tủ điện bù cosφ điện áp 380 do DEA YEONG chế tạo trong bảng 6.8, trang 342,

Sổ tay lựa chọn và tra cứu các thiết bị điện - Ngô Hồng Quang

5.3 Đánh giá hiệu quả bù công suất phản kháng

- Làm giảm được tổn thất điện áp