bài tập lớn thiết kế hệ thống cung cấp điện

Phụ tải tính toán có giá trị tương đương với phụ tảithực tế về mặt hiệu ứng nhiệt , do đó việc chọn dây dẫn hay các thiết bị bảo vệ cho nó sẽ được đảm bảo.. Đối với việc thiết kế cung cấ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Mục lục

CHƯƠNG 1 :TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN 2

1.1 C s lý thuyếết ơ ở 2

1.2 Ph t i tnh toán nhóm chiếếu sáng ụ ả 3

1.3 Ph t i tnh toán nhóm đ ng l c ụ ả ộ ự 6

1.4 Ph t i t ng h p toàn phân x ụ ả ổ ợ ưở ng .14

CHƯƠNG 2 :XÁC ĐỊNH SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN CỦA PHÂN XƯỞNG 14

2.1 Xác đ nh v trí đ t tr m biếến áp ị ị ặ ạ 14

2.2 Đếề xuâết ph ươ ng án câếp đi n trong phân x ệ ưở ng 15

2.3 So sánh kinh tếế -kĩ thu t các ph ậ ươ ng án 15

CHƯƠNG 3 : THIẾT LẬP SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN VÀ LỰA CHỌN CÁC PHẦN TỬ TRONG SƠ ĐỒ 30

3.1 Ch n dây dâẫn m ng đ ng l c : ọ ạ ộ ự 30

3.2 Tính toán ngắến m ch ạ : 38

3.3 Ch n thiếết b b o v và đo l ọ ị ả ệ ườ ng. 41

3.4 Ch n thiếết b cho t h thếế t ng ọ ị ủ ạ ổ 41

3.5 Ch n thiếết b cho t đ ng l c ọ ị ủ ộ ự 45

CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT VÀ CHỐNG SÉT 52

4.1 Tính toán nốếi đâết: 52

4.2 Tính toán chốếng sét: 54

CHƯƠNG 5 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHẢNG CHO NHÀ XƯỞNG 54

5.1 C s lý thuyếết ơ ở 54

5.2 Xác đ nh dung l ị ượ ng bù câền thiếết 55

5.3 Điếều khi n dung l ể ượ ng bù 55

Hình 1 5

Hình 2 17

Hình 3 23

Hình 4 Các vị trí tính ngắn mạch và sơ đồ thay thế 40

Hình 5 : Sơ đồ mặt bằng và mặt cắt của hệ thống nối đất 54

Mục lục bản Bảng 1: Thông số Át-tô-mát được lựa chọn 6

Bảng 2: Số liệu các thiết bị nhóm 1 8

Bảng 3: Số liệu các thiết bị nhóm 2 9

Bảng 4: Số liệu các thiết bị nhóm 3 11

Bảng 5 :Số liệu các thiết bị nhóm 4 12

Bảng 6:Số liệu tính toán cụ thể của từng nhóm 14

Bảng 7: Các thông số của dây dẫn 22

Bảng 8: Các thông số về kinh tế và kỹ thuật của đường dây 22

Bảng 9: Các thông số của các đoạn dây 30

Bảng 10:Tổn thất điện áp và chi phí quy dẫn của 2 phương án 31

Bảng 11:Các thông số về các đoạn dây từ TĐL1 đến các thiết bị động lực nhóm 1 32

Bảng 12:Tổn hao điện áp và điện năng 33

Bảng 13:Các thông số về các đoạn dây từ TĐL2 đến các thiết bị động lực nhóm 2 34

Bảng 14: Tổn hao điện áp và điện năng 35

Bảng 15: Các thông số về các đoạn dây từ TĐL3 đến các thiết bị động lực nhóm 3 36

Bảng 16: Tổn hao điện áp và điện năng 37

Bảng 17: Các thông số về các đoạn dây từ TĐL4 đến các thiết bị động lực nhóm 4 39

Bảng 18: Tổn hao điện áp và điện năng 40

Bảng 19: Bảng kết quả chọn aptomat nhánh cho các tủ động lực 44

Bảng 20Bảng điều kiện chọn máy biến dòng 47

Bảng 21:Kết quả chọn aptomat tổng cho các nhóm động cơ 49

Bảng 22:Kết quả chọn aptomat cho từng thiết bị của nhóm 1 50

Bảng 23: Kết quả chọn aptomat cho từng thiết bị của nhóm 2 51

Bảng 24: Kết quả chọn aptomat cho từng thiết bị của nhóm3 52

Bảng 25:Kết quả chọn aptomat cho từng thiết bị của nhóm 4 53

Bảng 26: 57

CHƯƠNG 1 :TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN1.1 Cơ sở lý thuyết

Tính toán phụ tải điện là công việc bắt buộc và đầu tiên trong mọi công trìnhcung cấp điện Việc này sẽ cung cấp các số liệu phục vụ cho việc thiết kế lưới điện về sau của người kĩ sư Phụ tải tính toán có giá trị tương đương với phụ tảithực tế về mặt hiệu ứng nhiệt , do đó việc chọn dây dẫn hay các thiết bị bảo vệ cho nó sẽ được đảm bảo

Có nhiều phương pháp tính toán phụ tải điện như phương pháp hệ số nhu cầu, hệ số tham gia 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 , biết đựoc công suất và quá trình công nghệ của từng thiết bị nên sử dụng

phương pháp hệ số nhu cầu để tổng hợp nhóm phụ tải động lực Nội dung chính của phưong pháp như sau :

- Thực hiện phân nhóm các thiết bị có trong xưởng, mỗi nhóm đó sẽ được cung cấp điện từ 1 tủ động lực riêng , lấy điện từ 1 tủ phân phối chung Các thiết bị trong nhóm nên chọn có vị trí gần nhau trên mặt bằng phân xưởng, có chế độ làm việc và công suất tương tự nhau

Xác định hệ số sử dụng tổng hợp của mỗi nhóm thiết bị theo biểu thức sau :

1.2 Phụ tải tính toán nhóm chiếu sáng.

Trong thiết kế chiếu sáng, vấn đề quan trọng nhất phải quan tâm là đáp ứng các yêu cầu về đô ̣ rọi và hiê ̣u quả chiếu sáng đối với thị giác Ngoài đô ̣ rọi, hiê ̣u quả của chiếu sáng còn phụ thuô ̣c vào quang thông, màu sắc ánh sáng, sự lựa chọn hơp l礃Ā c甃hoàn cảnh Thiết kế chiếu sáng phải đảm bảo các yêu cầu sau:

 Không lóa do phản xạ

 Không có bóng tối

 Phải có đô ̣ rọi đồng đều

 Phải đảm bảo đô ̣ sáng định đủ và ổn

 Phải tạo ra được ánh sáng giống ánh sáng ban ngày

Chọn loại bóng đèn chiếu sáng , gồm 2 loại: bóng đèn sợi đốt và bóng đèn huỳnh quang Các phân xưởng thường ít d甃quang có tần số là 50Hz thường gây ra ảo giác không quay cho các động cơ không đồng bộ, gây nguy hiểm cho người vận hành máy, dễ gây ra tai nạn lao động Do đó người ta thường sử dụng đèn sợi đốt cho các phân xưởng sửa chữa

cơ khí

Việc bố trí đèn khá đơn giản, thường được bố trí theo các góc của hình

vuông hoặc hình chữ nhật

Sở bộ về các kích thước của phân xưởng như sau :

- Phân xưởng có kích thước axbxH = 36x24x5m

Độ rọi yêu cầu cho 1 phân xưởng sửa chữa cơ khí là từ 50 ÷ 100 lux, độ rọi được chọn là : Eyc = 100 lux

Chọn độ cao treo đèn là h1 = 0,5 m

- Chiều cao mặt bằng làm việc h2 = 0,8 m

- Do đó khoảng cách từ đèn đến mă ̣t công tác là h = H - h1- h2 = 5 -0,5- 0,8

= 3,7 m

Hình 1

Với H : chiều cao nhà xưởng , tính bằng m , đã cho ở đầu bài

Tra bảng với bóng đèn sợi đốt vạn năng L/h=1,5÷1,8

Suy ra : L=1,8.h = 1,5.3,7 =5,55 m

Căn cứ vào kích thước nhà xưởng ta chọn khoảng cách giữa các đèn là:

Ld = 4,5 m, (đèn gần tường nhất p~2,25m) và Ln = 4 m (đèn gần tường nhất q~2m)

Trong đó :

Ld :là khoảng cách giữa các đèn theo chiều dài phân xưởng ,m

Ln : là khoảng cách giữa các đèn theo chiều rô ̣ng phân xưởng ,m

Như vâ ̣y tổng cô ̣ng có 8 hàng đèn, mỗi hàng có 6 bóng

Kiểm tra mức đô ̣ đồng đều về ánh sáng:

Suy ra:

Vậy ta chon dây dẫn bằng đồng có có F = 4 mm2 (các thông số r0 = 4,61(Ω/km),

x0 =0,09 (Ω/km).( tra bảng pl V.12- Ngô Hồng Quang )

200CCáp tổng

Kiểm tra điều kiện chọn dây kết hợp với áp tô mát

Điều kiện kiểm tra:

50AF:

Từ kết quả thiết kế chiếu sáng ta tính được phụ tải chiếu sáng tính toán của toàn phân xưởng

Pcs = kđt N Pđ = 1.(48.300 +4.60) = 14640 W =14,64 kW

Sốcực Idm(A)

Áp tô mát

- Công suất các nhóm xấp xỉ bằng nhau.

Căn cứ vào các thiết bị và diện tích mặt bằng phân xưởng ,ta chia các thiêt bị động lực ra thành 4 nhóm và tính toán cho từng nhóm như sau:

 Quá trình tính toán cho nhóm 1:

Nhóm 1 gồm 9 thiết bị động lực như bảng sau :

Bảng 2: Số liệu các thiết bị nhóm 1.

Số hiệu trên sơ

i sd i

sd

i i

P k k

2 1

2 1

82

4,11

1634, 66

i i hd

i i

P n

- Quá trình tính toán cho nhóm 2:

Nhóm 2 gồm có 13 thiết bị động lực sau:

Bảng 3: Số liệu các thiết bị nhóm 2.

Số hiệu trên sơ

i

P k k

2 1

2 13

2 1

82,7

3,61

1894, 45

i hd

i

P n

- Quá trình tính toán cho nhóm 3 :

Nhóm 3 gồm 10 thiết bị động lực như sau :

Bảng 4: Số liệu các thiết bị nhóm 3.

Số hiệu trên sơ

i sdi sd

i

P k k

2 1

3 10

2 1

102,3

5,6 1870,11

i hd

i

P n

- Quá trình tính toán cho nhóm 4:

Nhóm 4 gồm 13 thiết bị động lực như sau:

Bảng 5 :Số liệu các thiết bị nhóm 4.

Số hiệu trên sơ

Công suất đặt P,kW

P k k

2 1

4 13

2 1

110, 4

3,53 3454,94

i hd

i

P n

Từ các tính toán cụ thể trên của các nhóm ta có bảng kết quả tổng hợp như sau :

Bảng 6:Số liệu tính toán cụ thể của từng nhóm.

Nhóm k sd∑ k nc∑ P tt.đl; kW Cosφ tbđl S ttđl ;kVA Q ttđl ;kVAR

1

133, 04

0, 48 277,885

đlj sd j sd

đlj

P k k

tbđl

P S

1.4 Phụ tải tổng hợp toàn phân xưởng.

Công suất tác dụng toàn phân xưởng:

 .  1 221,72 14,64  236,36 

ttpxđt tt đl cs

P k P P     kW

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

- 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 l礃Ā 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 chỉnh cải tạo thích hợp, đáp ứng được khi khẩn cấp

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

Căn cứ vào sơ đồ bố trí các thiết bị trong phân xưởng thấy rằng các phụ tải được bố trí với mật độ cao trong nhà xưởng nên không thể bố trí máy biến áptrong nhà Vì vậy nên đặt máy phía ngoài nhà xưởng, khoảng cách từ trạm tới phân xưởng là 200 m

2.2 Đề xuất phương án cấp điện trong phân xưởng

Sơ bộ chọn phương án

Mỗi một nhóm thiết bị động lực được cấp điện từ một tủ động lực, đặt gần tâm phụ tải của nhóm thiết bị (gần nhất có thể) Các tủ động lực, tủ chiếu

sáng, tủ cấp cho mạch thông thoáng làm mát được lấy điện từ tủ hạ thế tổng (THT) đặt ở góc tường trong phân xưởng, gần tâm phụ tải của toàn phân xưởng.

Hình 2

Chọn dây dẫn từ trạm biến áp nguồn, cách L=200 m, tới tủ hạ thế tổng (THT) là

cáp đồng 3 pha 4 dây được đặt trong rãnh kín

Dòng điện làm việc chạy trong dây dẫn là :

Mật độ dòng kinh tế của cáp đồng ứng với TM = 4500 h là jkt = 2,7 (A/mm2).(tra bảng 9.pl.BT –Trần Quang Khánh)

Vậy tiết diện dây cáp là :

Vậy ta sẽ chọn cáp có F = 185 (mm2) có ro = 0,099(Ω/km) và xo= 0,059 (Ω/km).(bảng 18-pl SBT )

Hao tổn điện áp thực tế:

(LN-0 là chiều dài từ trạm tới THT)

Tổn thất điện năng: AN-0 = [kWh]

Ta chọn cáp có F = 95mm2 có r0 = 0,194 Ω/km, x0 = 0,06 Ω/km (theo bảng

18.pl SBT) Hao tổn điện áp thực tế :

Tổn thất điện năng: A0-1 = [kWh]

Tổn thất điện năng: A0-2 = [kWh]

Với

Suy ra : : A0-2 =

- Cho nhánh cấp điện cho tủ động lực 3 (THT →TĐL3)

Sttđl3 = 91,36 (kVA)

0,019

8 0,01180-1 56,14 74,84 93,56 142,15 52,6 95 36

0,0069

0,00020-2 88,473 99,82 128,22 115,99 72,15 95 12

0,0023

0,00070-3 70,71 57,84 91,36

138,80

0,0032

0-4 77,57 85,95 115,78 175,9 65,15 95 24

0,0047

0,0014Các thông số về kỹ thuật và kinh tế :

Bảng 8: Các thông số về kinh tế và kỹ thuật của đường dây.

Đoạn Hao tổn

∆U,V ∆A,kWhN-0 19,02 49714,160-1 1,46 27630-2 0,73 906,970-3 2,44 2072,070-4 1,28 3421,875Hao tổn điện áp cực đại :

Vậy các dây dẫn đã chọn là không hợp l礃Ā

2) Phương án 2:

Tủ chiếu sang, tủ thông thoáng làm mát được cấp điện từ các mạch riêng

Các tủ động lực thì tủ ĐL3 và ĐL4 sẽ được cấp điện thông qua tủ ĐL1và ĐL2 THT vẫn không thay đổi so với phương án 1

Hình 3

 Chọn dây dẫn từ trạm biến áp nguồn, cách L=200 m, tới tủ hạ thế tổng

(THT) là cáp đồng 3 pha 4 dây được đặt trong rãnh kín.

Dòng điện làm việc chạy trong dây dẫn là :

Mật độ dòng kinh tế của cáp đồng ứng với TM = 4500 h là jkt = 2,7 (A/mm2).(tra bảng 9.pl.BT –Trần Quang Khánh)

Vậy tiết diện dây cáp là :

Vậy ta sẽ chọn cáp có F = 185 (mm2) hay dây XLPE.(4185mm2) có

ro = 0,099(Ω/km) và xo= 0,059 (Ω/km).(bảng 18-pl SBT )

Hao tổn điện áp thực tế:

(LN-0 là chiều dài từ trạm tới THT)

Tổn thất điện năng: AN-0 = [kWh]

Với

Suy ra : : AN-0 =

Chi phí cho tổn thất điện năng trong một năm:

CN-0 = AN-0 c =27036,712.1000 =27,036.106 [đ]

Hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn đầu tư: atc =

là hệ số chiết khấu Đề bài cho

là tuổi thọ trung bình của dây cáp đồng lấy bằng 25 năm

Hệ số khấu hao của đường dây kkh = 5%( tra bảng 3.1 SGT )

Do đó hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn và khấu hao là :

p = atc + kkh = 0,127 + 0,05 =0,177

Tra bảng 3.2, ta có a = 63,58.106 đ/km , b = 0,83.106 đ/(mm2 km)

Vốn đẩu tư cho đoạn dây:

VN-0 = (a + b.FN-0).LN-0 = (63,58 + 0,83.185).106.110.10-3 = 23,884.106 [đ]Chi phí quy đổi:

Tổn thất điện năng: A0-1 = [kWh]

Với

Suy ra : : A0-1 =

Chi phí cho tổn thất điện năng trong một năm:

C0-1 = A0-1 c = 3522,86.1000 =3,523.106 [đ]

Hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn đầu tư: atc =

là hệ số chiết khấu Đề bài cho

là tuổi thọ trung bình của dây cáp đồng lấy bằng 25 năm

Hệ số khấu hao của đường dây kkh = 5%( tra bảng 3.1 SGT )

Do đó hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn và khấu hao là :

p = atc + kkh = 0,127 + 0,05 =0,177

Tra bảng 3.2, ta có a = 63,58.106 đ/km , b = 0,83.106 đ/(mm2 km)

Vốn đẩu tư cho đoạn dây:

V0-1 = (a + b.F0-1).L0-1 = (63,58 + 0,83.150).106.36.10-3 = 6,771.106 [đ]Chi phí quy đổi:

Downloaded by ng?c trâm (ngoctram201217@gmail.com)

Tổn thất điện năng: A0-2 = [kWh]

Với

Suy ra : : A0-2 =

Chi phí cho tổn thất điện năng trong một năm:

C0-2 = A0-1 c =1394,56.1000 = 1,395.106 [đ]

Hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn đầu tư: atc =

là hệ số chiết khấu Đề bài cho

là tuổi thọ trung bình của dây cáp đồng lấy bằng 25 năm

Hệ số khấu hao của đường dây kkh = 5%( tra bảng 3.1 SGT )

Do đó hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn và khấu hao là :

p = atc + kkh = 0,127 + 0,05 =0,177

Downloaded by ng?c trâm (ngoctram201217@gmail.com)

Tra bảng 3.2, ta có a = 63,58.106 đ/km , b = 0,83.106 đ/(mm2 km).

Vốn đẩu tư cho đoạn dây:

V0-2 = (a + b.F0-1).L0-1 = (63,58 + 0,83.120).106.12.10-3 = 1,958.106 [đ]Chi phí quy đổi:

Tổn thất điện năng: A1-3 = [kWh]

Với

Suy ra : : A1-3 =

Chi phí cho tổn thất điện năng trong một năm:

C1-3 = A0-3 c = 1302,458.1000 = 1,302.106 [đ]

Hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn đầu tư: atc =

là hệ số chiết khấu Đề bài cho

là tuổi thọ trung bình của dây cáp đồng lấy bằng 25 năm

Hệ số khấu hao của đường dây kkh = 5%( tra bảng 3.1 SGT )

Downloaded by ng?c trâm (ngoctram201217@gmail.com)

Do đó hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn và khấu hao là :

p = atc + kkh = 0,127 + 0,05 =0,177

Tra bảng 3.2, ta có a = 63,58.106 đ/km , b = 0,83.106 đ/(mm2 km)

Vốn đẩu tư cho đoạn dây:

V1-3 = (a + b.F0-3).L0-3 = (63,58 + 0,83.50).106.18.10-3 = 1,891.106 [đ]Chi phí quy đổi:

Hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn đầu tư: atc =

là hệ số chiết khấu Đề bài cho

Downloaded by ng?c trâm (ngoctram201217@gmail.com)

là tuổi thọ trung bình của dây cáp đồng lấy bằng 25 năm

Hệ số khấu hao của đường dây kkh = 5%( tra bảng 3.1 SGT )

Do đó hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn và khấu hao là :

Kết quả tính toán của phương án 2 được tổng kết trong bảng sau :

Bảng 9: Các thông số của các đoạn dây.

Đoạ

n

Tiết diện,mm2

Dà

i Thông số

P, kW

Q,kVAR S, kVA I, A F tính

Fchọn

323,679

491,779

126,67

6

133,422

185,419

281,715

105,8

0,0044

0,00210-2

118,47

7

134,122

179,033

272,013

100,7

0,0018

0,00071-3 70,404 57,41 90,844 138,02 51,12 50 18

0,0067

0,00112-4 66,031 78,648 102,69 156,02

57,78

0,0044

0,0007

Từ bảng kết quả trên ta có chi phí quy dẫn tổng của phương án 2 :

Z2 = (31,263 + 4,721 + 1,742 + 1,623 + 1,343).106 = 40,692.106 (đ)

Hao tổn điện áp cực đại :

Downloaded by ng?c trâm (ngoctram201217@gmail.com)

Từ bảng so sánh kết quả trên ta thấy phương án 1 có tổn thất điện áp nhỏ và có chi phí tổng nhỏ hơn so với phương án 2 Vậy ta chọn phương án 1 là phương

án tối ưu để tính toán

CHƯƠNG 3 : THIẾT LẬP SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN VÀ LỰA CHỌN

CÁC PHẦN TỬ TRONG SƠ ĐỒ3.1 Chọn dây dẫn mạng động lực :

Chọn dây dẫn đến động cơ là cáp đồng 3 pha được lắp đặt trong rãnh ngầm, đi dây theo các đường vuông góc

- Từ TĐL1 đến động cơ 34 :

L1-34 =12m

Ta có : P34 = 30 kW, Cosφ =0,58 → S34 =

Q34 =Dòng điện chạy trong dây dẫn là :

Mật độ dòng kinh tế của cáp đồng ứng với TM = 5010 h là jkt = 2,7 (A/mm2).(tra bảng 9.pl.BT –Trần Quang Khánh)

Vậy tiết diện dây cáp là :

Ta chọn cáp có F = 35mm2 có r0 =0,52 Ω/km, x0 = 0,064 Ω/km (theo bảng 18.pl SBT) Hao tổn điện áp thực tế :

Tổn thất điện năng: A1-34 = [kWh]

Downloaded by ng?c trâm (ngoctram201217@gmail.com)