BÁO cáo bài tập lớn THIẾT kế CUNG cấp điện đề tài thiết kế cấp điện cho phân xưởng cơ khí

Ngườithiết kế phải biết phụ tải tính toán để chọn các loại thiết bị điện như: máy biến áp,dây dẫn, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ….để tính toán các tổn thất công suất, điện áp để chọn các

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

====o0o====

BÁO CÁO

BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN

ĐỀ TÀI: Thiết kế cấp điện cho phân xưởng cơ khí

Giáo viên hướng dẫn: Ninh Văn Nam

Họ tên: Nguyễn Quốc Đạt

Mã Sv: 2018602437 Lớp Điện3-K13

Mục Lục

Lời nói đầu 5

Chương I: TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG CHO PHÂN XƯỞNG 3 6

1.1 Yêu cầu và mục đích 6

1.2 Trình tự thiết kế 7

Chương 2 : XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA NHÀ MÁY 12

2.1 Khái quát chung 12

2.2 Phụ tải phân xưởng 3 13

2.3 Tính toán phụ tải của toàn nhà máy 14

Chương 3: SƠ ĐỒ ĐI DÂY CỦA MẠNG ĐIỆN 16

3.1 Nhánh và dạng kín 16

3.2 Các phương án đi dây 17

Chương 4: LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN 22

4.1 Khái quát chung 22

Chọn máy biến áp 22

4.1.1 Vị trí đặt MBA 22

4.1.2 Chọn số lượng, dung lượng MBA 23

4.2 Chọn tiết diện dây dẫn 25

4.2.1Chọn cáp từ Tủ Phân Phối tới các phân xưởng 25

4.2.2.Chọn cáp từ MBA đến TPP 26

Chương 5 KIỂM TRA CHẾ ĐỘ MẠNG ĐIỆN 31

5.1 Kiểm tra điều kiện sụt áp ∆ 𝑼 ở điều kiện làm việc bình thường 31

5.2 Tổn thất công suất ∆𝑷 32

5.3 Tổn thất điện năng 33

Chương 6 TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT 34

6.1 Tác dụng của việc nối đất và an toàn khi nối đất 34

6.1.2 Cách thực hiện nối đất 35

6.2 Tính toán nối đất 35

6.2.1 Tính toán nối đất tự nhiên 35

6.2.2 Tính toán nối đất nhân tạo 37

6.3 Áp dụng tính toán thực tế với bài của chúng em 40

Chương 7: TÍNH TOÁN DUNG LƯỢNG BÙ 44

Chương 8 DỰ KIẾN CÔNG TRÌNH ĐIỆN 47

2 Nguồn điện(N) nguồn cung cấp: Điện áp định mức: Uđm = 10 kV

3 Phụ tải: Số liệu tính toán của các phụ tải cho trong bảng

Tên phân xưởng P dl (KW) Cosj Diện tích m2

4 Số liệu phân xưởng phân xưởng 3

Tờn thiết bị Máy 1 Máy 2 Máy 3 Máy 4 Máy 5 Máy 6 Máy 7 Máy 8

P dm (KW) 2,8 6,8 10,6 5,6 8,5 4,5 7,8 3,4 Cos j 0,76 0,65 0,65 0,68 0,62 0,79 0,68 0,62

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

1 Xác định phụ tải tính toán của nhà máy

2 Xác định sơ đồ nối dây của mạng điện

3 Lựa chọn phương án tối ưu

4 Lựa chọn thiết bị điện của phương án tối ưu:

5 Xác định các tham số chế độ của mạng điện: U, P, A, U2 …

6 Tính toán nối đất cho trạm biến áp (với đất cát pha),

7 Tính toán dung lượng bù để cải thiện hệ số công suất lên giá trị cos2 = 0,95

Bản vẽ:

1 Sơ đồ mặt bằng của mạng điện nhà máy

2 Sơ đồ hai phương án – bảng chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật

3 Sơ đồ nguyên lý phương án tối ưu toàn mạng điện.

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Ninh Văn Nam

Lời nói đầu

Khi thiết kế cung cấp điện cho một công trình nào đó nhiệm vụ đầu tiên củachúng ta là xác định phụ tải điện, phụ tải này được gọi là phụ tải tính toán Ngườithiết kế phải biết phụ tải tính toán để chọn các loại thiết bị điện như: máy biến áp,dây dẫn, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ….để tính toán các tổn thất công suất, điện áp

để chọn các thiết bị bù…

Như vậy phụ tải tính toán là số liệu quan trọng để thiết kế cung cấp điện, phụtải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: công suất và số lượng các máy, chế độvận hành của chúng, quy trình công nghệ sản phẩm, trình độ vận hành của côngnhân…Vì vậy xác định chính xác phụ tải tính toán là một nhiệm vụ quan trọng, bởi

vì nếu phụ tải tính toán được xác định nhỏ hơn phụ tải thực tế thì sẽ làm giảm tuổithọ các thiết bị điện, có khi dẫn tới cháy nổ rất nguy hiểm Nếu phụ tải tính toánđược xác định lớn hơn phụ tải thực tế thì các thiết bị điện được chọn quá lớn so vớiyêu cầu do đó gây lãng phí

Do tính chất quan trọng như vậy nên từ trước đến nay đã có nhiều công trìnhnghiên cứu và có nhiều phương pháp để xác định phụ tải tính toán Song vì phụ tảiđiện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đã trình bày ở trên nên cho đến nay vẫn chưa

có phương pháp nào hoàn toàn chính xác và tiện lợi Những phương pháp đơngiản, tính toán thuận lợi thường có kết quả không được chính xác Ngược lại, nếunâng cao được độ chính xác, lại thì phương pháp tính phức tạp Vì vậy, tuỳ theogiai đoạn thiết kế, tuỳ theo yêu cầu cụ thể mà chọn phương án tính cho thích hợp.Sau đây em sẽ trình bày một số phương án xác định phụ tải tính toán thường dùngnhất trong thiết kế hệ thống cung cấp điện

Chương I: TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG CHO PHÂN XƯỞNG 3

1.1 Yêu cầu và mục đích

Phân xưởng 3: S= 30x60 (m2)

Chọn độ rọi Eyc = 500Lx

Ta giả sử thông số cần thiết:

Phân xưởng 3 có chiều cao trần là H=7m

Hệ số phản xạ là:

Mục đích thiết kế chiếu sáng đưa ra được 1 phân bố chiếu sáng hợp lý đảm bảo cácchi tiết kĩ thuật, đáp ứng được nhu cầu tiện nghi ánh sáng và thẩm mĩ trong không gian thiết kế

Nội dung bài toán thiết kế chiếu sáng như sau:

- Thiết kế sơ bộ: qua nghiên cứu các không gian thường gặp, hội chiếu sáng quốc

tế đưa ra 1 không gian tiêu chuẩn hình hộp để bằng cách tính toàn và thực nghiệmđưa ra bảng tiêu chuẩn bảng tra

- Thiết kế sơ bộ đưa ra phương pháp chiếu sáng, cấp và số lượng bộ đèn Đưa ra tổng quang thông cần cấp và chọn loại đèn đáp ứng nhu cầu chất lượng cùng với lưới bố trí đèn Thường bố trí đèn hình chữ nhật với chiều cao đèn đã ấn định, bướcnày thực hiện nhiều phương án để so sánh cân nhắc chọn phương án tối ưu để tiếp tục tính toán Ở đây yếu tố thẩm mĩ cũnng được cân nhắc trong thiết kế chiếu sáng

- Kiểm tra thiết kế: ở bước này cần phải thực hiện việc tính toán để tìm được các

độ rọi trên trần tường mặt phẳng làm việc một cách chính xác hơn Sau đó dùng các kết quả tính toán được để kiểm tra theo các tiêu chuẩn đã đặt ra về yêu cầu tiệnnghi ánh sáng

Việc chọn loại đèn phụ thuộc vào các yếu tố:

- Phù hợp độ rọi yêu cầu với nhiệt độ màu của đèn theo biểu đồ Kioff

- Chỉ số hoàn màu phải đáp ứng được yêu cầu và chất lượng ánh sáng cho côngviệc diễn ra trong phòng

- Tính kinh tế: hiệu suất phát quang

Dùng đèn Metal halide có : = 27000 Lm B4: Sơ bộ bố trí đèn

+ Bố trí các đèn:

-Tổ chức lưới hình chữ nhật trên trần

-Giá trị m,n,p sẽ quyết định đến việc bố trí đồng đều ánh sáng

+ Số bộ đèn tối thiểu cho 1 không gian Nmin

Chọn khoảng cách từ bộ đèn đến trần là h’=0,5 m

Số bộ tối thiểu theo cạnh a:

Gọi n là khoảng cách giữa 2 bộ đèn theo chiều rộng

q là khoảng cách từ bộ đèn cuối cùng đến mép tường chiều rộng

m là khoảng cách giũa 2 bộ đèn theo chiều dài

p là khoảng cách từ bộ đèn cuối cùng đến mép tường chiều dài

n.8+n =30 => chọn n=3,2 m => q=2,2 m

16m+2p=60

Giả sử : m=2p =>16m+m=60 =>m=3,5 m => p=2m

1.3 Thiết kế mạng điện của hệ thống chiếu sáng

Vậy n.8 +2.q = 30

Giả sử : n=2p ta có :

IđmA = 63 A, Uđm =440 V, Icắt N = 6 kA

 Chọn cáp từ tủ phân phối phân xưởng đến tủ chiếu sáng

Cáp được chọn theo chiều điều kiện phát nóng cho phép :

Khc.Icp ≥ Ilvmax = 48,6 A

Trong đó:

Icp là dòng điện cho phép với từng loại dây

Khc Hệ số hiệu chỉnh lấy bằng 1

Chọn cáp 4D2,5 cách điện PVC của LÉN có Icp = 41(A)

Kiểm tra cáp theo điều kiện phối hợp với thiết bị bảo vệ khi bảo vệ bằng aptomat:

IdmA=16(A) ; Udm =440(A);I cắt N = 20(kA)

 Chọn dây dẫn từ tủ chiếu sáng đén bóng đèn :

Chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng cho phép :

Khc.Icp>=Ilv max = 10,5(A)

Chọn loại cáp đòng 2 lõi tiết diện 2.1,5(mm2) có Icp = 26(A) do LENS chế tạo

Chương 2 : XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA NHÀ MÁY

2.1 Khái quát chung

Phụ tải tính toán là phụ tải giải thiết lâu dài không đổi , tương đương với tải thực tế

về mặt hiệu quả phát nhiệt hoặc mức độ hủy hoại cách điện.Nói cách khác , phụ tảitính toán cũng đốt nóng các thiết bị điện lên tới nhiệt độ tương tự như phụ tải thực

tế gây ra , vì vậy chọn các thiết bị theo phụ tải tính toán sẽ đảm bảo được an toàncho các thiết bị về mặt phát nóng

Phụ tải tính toán được sử dụng để lựa chọn hoặc kiểm tra các thiết bị trong hệthống cung cấp điện như sau : máy biến áp ,dây dẫn , các thiết bị đóng cắt, bảo vệ

Tính toán tổn thất công suất ,tổn thất điện năng , tổn thất điện áp, lựa chọn dunglượng bù công suất phản kháng Phụ tải tính toán phụ thuốc vào nhiều yếu tố:công suất ,số lượng,chế độ làm việc của các thiết bị điện, trình độ và phương thứcvận hành hệ thống vì vậy xác định phụ tải tính toán là một nhiệm vụ khó khănnhưng rất quan trọng Bởi vì nếu phụ tải tính toán xác định được nhỏ hơn phụ tảithực tế thì sẽ giảm tuổi thọ của các thiết bị điện, có khi dẫn tới sự cố cháy nổ, rấtnguy hiểm.Nếu phụ tải tính toán lớn hơn phụ tải thực tế sẽ gây lãng phí

Do tính chất quan trọng như vậy nên từ trước tới nay đã có nhiều công trình nghiêncứu và có nhiều phương pháp tính toán phụ tải điện Song vì phụ tải tính phụ tảiđiện phụ thuộc nhiều yếu tố như đã trình bày ở trên nên cho đén nay vẫn chưa cóphương pháp nào hoàn toàn chính xác và tiện lợi Những phương pháp đơn giảnthuận tiện cho việc tính toán thì lại thiếu chính xác, còn nếu nâng cao tính chínhxác

,kể đến ảnh hưởng của nhiều yếu tố thì phương tính lại phức tạp

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

-Phương pháp theo hệ số yêu cầu

-Phương pháp tính theo công suất trung bình

-Phương pháp tính theo công suất tiêu hao điện năng cho 1 đơn vị sản phẩm-Phương pháp tính theo công suất phụ tải trên từng đơn vị diện tích sản xuất Trong thực tế thì tùy theo quy mô sản xuất và đặc điểm của công trình thì theo giai đoạn thiết kế hay kĩ thuật thi công mà chọn phương pháp tính toán phụ tải điện thíchhợp

2.2 Phụ tải phân xưởng 3

Tờn thiết bị Máy 1 Máy 2 Máy 3 Máy 4 Máy 5 Máy 6 Máy 7 Máy 8

2.3 Tính toán phụ tải của toàn nhà máy

* Công suất chiếu sáng: lấy P0=15W/m2 (dùng đèn sợi đốt)

33

Kđt = 0,8 đối vs nhà máy có số phân xưởng từ 5-10

Chương 3: SƠ ĐỒ ĐI DÂY CỦA MẠNG ĐIỆN3.1 Nhánh và dạng kín

Đặc điểm của các sơ đồ là khác nhau

- Sơ đồ hình tia thì tổng chiều dài đừng dây lớn, các phụ tải vận hành độc lập nhau nên khi xảy ra sự cố trên một đường dây nào đó thì chỉ phụ tải ở đó bị mất điện còncác phụ tải còn lại dùng bình thường Sơ đồ tia dùng nhiều dây nên bị phân phối cũng nhiều

- Sơ đồ phân nhánh thì tổng chiều dài đường dây ngắn hơn hình tia, tiết diện đườngdây trục chính thường lớn, các phụ tải vận hành phụ thuộc vào nhau vì khi xảy ra

sự cố đoạn đường dây phía trước thì các phụ tải phía sau đều mất điện

- Sơ đồ dạng kín có các đừng dây nối liền với các phụ tải vận hành kín, khi xảy ra

sự cố ở bất kì đoạn đường nào thì không đường dây nào mất điện nhưng tiết diện đoạn đường dây đầu nguồn thường lớn vì khi xảy ra sự cố một đoạn đường dây gầnnguồn thì các đoạn khác phải chịu toàn bộ phụ tải

3.2 Các phương án đi dây

Đây là các sơ đồ có thể áp dụng

Phương án 1

Phương án 2

Phương án 3

Phương án 4

Phương án 5

Chọn 2 trong 5 phương án trên

Cách 1: sơ đồ hình tia

Cách 2: sơ đồ phân nhánh

Nhận xét

Dựa vào khoảng cách trong nhà máy, các yêu cầu các yêu cầu về cung cấp điệncho các phụ tải trong nhà máy thì ta chọn phương án đi dây thứ 1 Vừa đảm bảokinh tế vì các xưởng hoạt động độc lập, mặt khác để tránh trừng hợp quá tải trêncác đường dây

Chương 4: LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN4.1 Khái quát chung

Trong điều kiện vận hành các khí cụ, sứ cách điện và các bộ phận dẫn điện khác

Chế độ ngắt mạch: các thiết bị còn tin cậy nếu trong quá trình lựa chọn thiết bị cóxét đến điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt Riêng đối với máy cắt điện còn phải chọn thêm khả năng cắt của nó

mới có thể tiến hành so sánh kinh tế - kỹ thuật để chọn vị trí số lượng trạm biến áptrong xí nghiệp.

* Vị trí của trạm biến áp cần phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản:

- An toàn và liên tục cấp điện

- Gần trung tâm phụ tải, thuận tiện cho nguồn cung cấp đi tới

- Thao tác, vận hành, quản lý dễ dàng

- Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành nhỏ

- Bảo đảm các điều kiện khác như cảnh quan môi trường, có khả năng điều chỉnhcải tạo thích hợp, đáp ứng được khi khẩn cấp,

- Tổng tổn thất công suất trên các đường dây là nhỏ nhất

4.1.2 Chọn số lượng, dung lượng MBA:

Với giả thiết ta đặt ra là nhà máy có 73% phụ tải loại I, II nên ta có thể chọn các

phương án cấp điện là: Trạm có 2 MBA làm việc song song.

Công suất MBA được lựa chọn thỏa mãn điều kiện:

𝑆đ𝑚 ≥ 0,73 𝑆𝑡𝑡

𝐾𝑞𝑡 𝑆đ𝑚 ≥ 0,73 442,18 1,4 = 230 (𝐾𝑉𝐴)

Loại ∆𝑷𝟎 ∆𝑷 𝒏 Hiệu suất 𝑼 𝒏% 𝑰𝟎 %

-Do nhu cầu đảm bảo không được mất điện trong thời gian dài do đó ta phải sử dụng hệ thống ATS kết hợp với nguồn dự phòng Hệ thống ATS sẽ kiểm tín hiệuđiện áp và tự động cho khởi động và đóng nguồn điện dự phòng khi nguồn điện chính bị sự cố

Với giả thiết ta đặt ra là nhà máy có 73% phụ tải loại I, II => Khi nguồn điệnchính bị sự cố ta vẫn phải duy trì cấp điện cho 1 lượng phụ tải có công suất là:

Ssc = 73%.Sđm = 73%.442,18= 322,8(VAR)

=>Chọn máy phát điện dự phòng là máy DENYO xuất xứ Nhật Bản

Thông số của máy:

4.2 Chọn tiết diện dây dẫn

 Căn cứ vào vị trí các phân xưởng và trạm biến áp trên mặt bằng ta sẽ có 2phương án đi dây:

+ Phương án 1: Các phân xưởng được cấp điện trực tiếp từ tủ phân phối (TPP) + Phương án 2: Các phân xưởng ở xa TPP được cấp điện từ những phân xưởng ở gần TPP hơn

 Trong đồ án này chúng em chọn phương án 1 để tính toán bởi:

+ Các phân xưởng được cấp điện trực tiếp nên khi 1 phân xưởng bị sự cố cũngkhông ảnh hưởng đến các phân xưởng khác

+ Sơ đồ cung cấp điện đơn giản, dễ dàng cho việc thi công

4.2.1Chọn cáp từ Tủ Phân Phối tới các phân xưởng:

Chọn cáp dưới đất cho hợp mỹ quan

Chọn: K = 1 Khi nhiệt độ môi trường xung quanh là 25 0C

K2 =1 (Số sợi cáp là 1 chôn dưới đất) ( theo bảng 10 sách Lưới điện và hệ thống điện)

Ta chọn dây dẫn theo dòng cho

Pd ( kW ) cosφ Ilv ( A) Icp ( A) Dường

kính (mm)AC-

Ta chọn cáp 3 pha 3 lõi gồm 3 sợi cáp, cáp ruột đồng cách điện PVC do LENS

chế tạo loại 3G300 có tiết diện dây là F=300 mm2

phụ tải và cắt dòng điện ngắn mạch.

1000 3.10 3U dm

Các điều kiện chọn và kiểm tra máy cắt:

STT Đại lượng lựa chọn và kiểm tra Ký hiệu Công thức để chọn và kiểm

b Chọn Attomat cho các phân xưởng:

- Aptomat là thiết bị đóng cắt hạ áp có chức năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch

- Aptomat ưu điểm hơn hẳn cầu chì là khả năng làm việc chắc chắn tin cậy antoàn, đóng cắt đồng thời 3 pha và có khả năng tự động hóa cao Vì vậyaptomat mặc dù có giá đắt hơn cầu chì nhưng ngày càng được sử dụng rộngrãi trong lưới điện hạ áp công nghiệp, dịch vụ cũng như lưới điện sinh hoạt.

- Aptomat được chế tạo với điện áp khác nhau: 400V; 500V; 600V Người tacũng chế tạo aptomat 1 pha, 2 pha, 3 pha với số lượng các cực khác nhau

- Cách chọn Aptomat cho tải như sau:

I dmA I dmA  I lv max

Vì không biết rõ số lượng máy trong một phân xưởng nên ta

+ Đối với phân xưởng 2: P tt = 53,7 Kw

+ Đối với phân xưởng 3: P tt = 73,08kW

= 𝑃𝑡𝑡 3

√3 𝑈 𝑐𝑜𝑠 𝜑 =√3.0,4.0,6573,08 = 162,2 AChọn aptomat loại có I dm =200A và có U dmatm = 0,6 kv >U dm = 0,4kv

+ Đối với phân xưởng 4:

𝐼𝑐𝑝

= 𝑃𝑡𝑡 4

√3 𝑈 𝑐𝑜𝑠 𝜑 =√3.0,4.0,6554 = 119,9AChọn aptomat có I dm = 150A và có U dmatm = 0,6kv >U dm =0,4kv

+ Đối với phân xưởng

𝐼𝑐𝑝

= 𝑃𝑡𝑡 5

√3 𝑈 𝑐𝑜𝑠 𝜑 =√3.0,4.0,7673,05 = 138,7AChọn aptomat loại I dm = 150A và có U dmatm =0,6kv>U dm = 0,4kv

+ Đối với phân xưởng 6: P tt  41,85Kw

𝐼𝑐𝑝

= 𝑃𝑡𝑡 6

√3 𝑈 𝑐𝑜𝑠 𝜑 = √3.0,4.0,7841,85 = 77,4AChọn aptomat loại I dm = 100A và có U dmatm = 0,6kv>U dm  0,4kv

c Chọn thanh cái cho máy biến áp:

- Thanh dẫn có thể bằng đồng, nhôm hay sắt tùy theo cường độ cũng như môi trường làm việc sao cho thích hợp

- Các điều kiện phát nóng và ổn định động:

Các đại lượng chọn và kiểm tra Kết quả

Dòng điện phát nóng lâu dài cho phép 𝑘1 𝑘2 𝐼𝑐𝑝 ≥ 𝐼𝑙𝑣𝑚𝑎𝑥