thiết kế cung cấp điện cho một xí nghiệp công nghiệp gồm 12 phân xưởng

Theo thời gian sự phát triển của công nghiệp gắn kèm với nó đó là điện năng, nguồn năng lượng cung cấp cho tất cả các hoạt động của nhà máy, xí nghiệp, Một lượng lớn nhân lực trong nghàn

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay công nghiệp là nghành mũi nhọn của nước ta, và chiếm một vị trí rất lớn trong cơ cấu kinh tế Theo thời gian sự phát triển của công nghiệp gắn kèm với nó đó là điện năng, nguồn năng lượng cung cấp cho tất cả các hoạt động của nhà máy, xí nghiệp, Một lượng lớn nhân lực trong nghành điện đang hoạt động trong lĩnh vực thiết kế, giám sát, thi công và vận hành các hệ thống điện trong các nhà máy, xí nghiệp

Phải có điện năng thì mới có các nhà máy sản xuất, do đó cung cấp điện năng là một phần hết sức quan trọng và cần thiết với thực tế, cho nhu cầu hiện tại và cả tương lai

Từ tính cấp thiết đó là sinh viên học tập nghiên cứu trong ngành điện, việc trang bị những kiến thức ngành điện nói chung và môn cung cáp điện nói riêng

là cần thiết Những kiến thức này có thể thực hiện công việc trong các ngành công nghiệp và cả khu vực sinh hoạt của dân cư Một đồ án thiết kế càng tối ưu càng mang lại lợi ích thức tế khi sử dụng, lợi ích cho vốn đầu tư, sửa chữa và bảo dưỡng

Trong phần dưới đây em xin trình bày một bản đồ án thiết kế cung cấp điện cho một xí nghiệp công nghiệp gồm 12 phân xưởng Trong quá trình thực hiện đồ án, do kiến thức chưa được hoàn thiện nên đồ án còn nhiều sai sót, em mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cô và các bạn để bản đồ án này hoàn thiện hơn

Hải Phòng ,15 tháng 1 năm 2013

Sinh viên

Nguyễn Xuân Vũ

Chương 1 XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI ĐIỆN

1.1 Xác định phụ tải phân xưởng N

- Ta xác định phụ tải tính toán theo phương pháp số thiết bị hiệu quả nhq:

Công suất tác dụng tính toán: Ptt = kmax ksdtb.Pđm (1.3) [tr 39 ; 1]

Công suất phản kháng tính toán: Qtt=P tt.tgϕtb (1.4) [tr 38 ; 1]

Công suất biểu kiến tính toán: S tt = P2tt +Q2tt (1.6) [tr 38 ; 1]

Ta có : Pmax = 10 ; = 5 và n =8

P K P

os

i i i

i i

p (kW/m) là suất phụ tải chiếu sáng tính trên một đơn vị sản suất chọn p = 0.012(kW/m)

k là hệ số nhu cầu của chiếu sáng, chọn k = 0.8 cho toàn bộ các phân xưởng

Diện tích xưởng A là: F = a*b =14.22= 308 (m)

Vậy công suất tính toán của phụ tải chiếu sáng là:

96 , 2

P

c Tổng hợp phụ tải của phân xưởng N

Công suất tính toán của phân xưởng:

1.2 Xác định phụ tải phân xưởng G

Máy số

2 G

Ksd 0.43 0.54 0.56 0.47 0.49 0.67 0.65 0.62 0.46cosφ 0.74 0.69 0.82 0.83 0.83 0.76 0.78 0.81 0.68

P K P

os

i i i

i i

Đối với phân xưởng này ta có: F = a.b =14.28 = 392 (m2

)Vậy công suất tính toán của phụ tải chiếu sáng là:

Pttcs = 392 0,012 0,8 ≅3,76 (KW)

Công suất phản kháng chiếu sáng:

Scs= 4 , 18

9 , 0

76 , 3 cos = ≈

cs S P

Q = 2 − 2 = 4 , 18 2 − 3 , 76 2 = 1,83 (KVAr)

c Tổng hợp phụ tải của phân xưởng G

Công suất tính toán của phân xưởng:

59 , 43

S

P Cosϕ

1.3 Xác định phụ tải phân xưởng U

P K P

os

i i i

i i

Đối với phân xưởng này ta có: F = a.b =18.34= 612(m2)

Vậy công suất tính toán của phụ tải chiếu sáng là:

Pttcs = 612 0,012 0,8 = 5,875 (KW)

Công suất phản kháng chiếu sáng:

53 , 6 9 , 0

875 , 5

cs Q P

Q = 2 − 2 = 6 , 53 2 − 5 , 875 2 = 2,85 (KVAr)

c Tổng hợp phụ tải của phân xưởng U

Công suất tính toán của phân xưởng:

Pttpx = 37 + 5,86 =42,86 (KW)

Công suất phản kháng của phân xưởng:

86 , 42

S

P Cosϕ

1.4 Xác định phụ tải phân xưởng Y

P K P

i i i

i i

Pttcs = 392 0,012 0,8 = 3,76 (KW)

Công suất phản kháng chiếu sáng:

Qcs= 3,76 0,48 =1,8 (KVAR)

cs cs

cs P Q

S = 2 + 2 = 3 , 76 2 + 1 , 8 2 = 4,17 (KVA)

c Tổng hợp phụ tải của phân xưởng Y

Công suất tính toán của phân xưởng:

96 , 42

S

P Cosϕ

1.5 Xác định phụ tải phân xưởng Ê

a Xác định phụ tải động lực Ê

- 5 7 10 2,8 4,5 6,3 30,6( )

1

KW P

++

893,16

i

i sdtb

P

k P

-Số máy của phân xưởng Ê là 5 máy

-Số máy có P ≥ = 5 là n=3 máy (7,10, 6.3)

(kW) 3 , 23 3 , 6 10 7

P P

+ 4,5.0,82 +

2,8.0,69 +

10.0,74 +

7.0,75 5

, 0 6 , 30

501 , 23

i

i

i i tb

⇒ Q = P.tgϕ =27,77.1,256 =23,05 (kVAr)

⇒ S = = 36,1(kVA)

b Xác định phụ tải chiếu sáng Ê

Đối với phân xưởng này ta có: F = a.b =12.20 = 240(m2

)Vậy công suất tính toán của phụ tải chiếu sáng là:

Pttcs = 240 0,012 0,8 = 2,3 (KW)

Công suất phản kháng chiếu sáng:

Qcs= 2,3 0,48 = 1,1 (KVAR)

cs cs

cs P Q

S = 2 + 2 = 2 , 3 2 + 1 , 1 2 = 2,55 (KVA)

c Tổng hợp phụ tải của phân xưởng Ê

Công suất tính toán của phân xưởng:

07 , 30

S

P Cosϕ

1.6 Xác định phụ tải phân xưởng O

7 i 1

P K P

os

i i i

i i

Đối với phân xưởng này ta có: F = a.b =16.28 = 448(m2)

Vậy công suất tính toán của phụ tải chiếu sáng là:

Pttcs = 0,8.0,012.448 = 4,3 (KW)

Công suất phản kháng chiếu sáng:

Qcs= 4,3 0,48 = 2,06 (KVAR)

cs cs

cs P Q

S = 2 + 2 = 4 , 3 2 + 2 , 06 2 =4,77 (KVA)

c Tổng hợp phụ tải của phân xưởng O

Công suất tính toán của phân xưởng:

Sttpx = = 58 (KVA)

Hệ số Cosϕtt của phân xưởng : 0 , 74

58

2 , 43

S

P Cosϕ

Tính Cos tb

Cos tb =

9

1 9 1

os

i i i

i i

Đối với phân xưởng này ta có: F = a.b =16.28=448(m2)

Vậy công suất tính toán của phụ tải chiếu sáng là:

Pttcs = 0,8.0,012.448 = 4,3 (KW)

Công suất phản kháng chiếu sáng:

Qcs= 4,3 0,48 = 2,06 (KVAR)

cs cs

cs P Q

S = 2 + 2 = 4 , 3 2 + 2 , 06 2 = 4,77 (KVA)

c Tổng hợp phụ tải của phân xưởng X

Công suất tính toán của phân xưởng:

26 , 43

S

P Cosϕ

1.8 Xác định phụ tải phân xưởng Ư

P K P

os

i i i

i i

Pttcs = 392 0,012 0,8 = 3,76 (KW)

Công suất phản kháng chiếu sáng:

Qcs= 3,76 0,48 =1,8 (KVAR)

cs cs

cs P Q

S = 2 + 2 = 3 , 76 2 + 1 , 8 2 = 4,17 (KVA)

c Tổng hợp phụ tải của phân xưởng Ư

Công suất tính toán của phân xưởng:

2 , 38

S

P Cosϕ

1.9 Xác định phụ tải phân xưởng Â

Mà = n = 7(máy)

Tính : =

7

i sdi 1

7 i 1

P K P

os

i i i

i i

Pttcs = 240 0,012 0,8 = 2,304 (KW)

Công suất phản kháng chiếu sáng:

Qcs = 2,304 0,48 = 0,98 (KVAR)

cs cs

cs P Q

S = 2 + 2 = 2 , 304 2 + 0 , 98 2 = 2,5 (KVA)

c Tổng hợp phụ tải của phân xưởng Â

Công suất tính toán của phân xưởng:

53 , 31

S

P Cosϕ

1.10 Xác định phụ tải phân xưởng Ơ

P K P

Tính Cos tb : Cos tb =

10

1 10 1

os

i i i

i i

Pttcs = 240 0,012 0,8 = 2,3 (KW)

Công suất phản kháng chiếu sáng:

Qcs= 2,3 0,48 = 1,1 (KVAR)

cs cs

cs P Q

S = 2 + 2 = 2 , 3 2 + 1 , 1 2 = 2,55 (KVA)

c Tổng hợp phụ tải của phân xưởng Ơ

Công suất tính toán của phân xưởng:

S

P Cosϕ

1.11 Xác định phụ tải phân xưởng V

a Xác định phụ tải động lực V

P K P

Pttcs = 308 0,012 0,8 = 2,96 (KW)

Công suất phản kháng chiếu sáng:

Qcs= 2,96 0,48 = 1,42 (KVAR)

cs cs

cs P Q

S = 2 + 2 = 2 , 96 2 + 1 , 42 2 = 3,28 (KVA)

c Tổng hợp phụ tải của phân xưởng V

Công suất tính toán của phân xưởng:

82 , 31

S

P Cosϕ

*) Tính : =

6

i sdi 1 6 i 1

P K P

os

i i i

i i

Đối với phân xưởng này ta có: F = a.b =18.20 = 360(m2)

Vậy công suất tính toán của phụ tải chiếu sáng là:

Pttcs = 360 0,012 0,8 = 3,46 (KW)

Công suất phản kháng chiếu sáng:

Qcs= 3,46 0,48 = 1,66 (KVAR)

cs cs

cs P Q

S = 2 + 2 = 3 , 46 2 + 1 , 66 2 = 3,84 (KVA)

c Tổng hợp phụ tải của phân xưởng A

Công suất tính toán của phân xưởng:

36 , 31

S

P Cosϕ

1.13 Tổng hợp phụ tải của toàn xí nghiệp

Phụ tải tính toán của xí nghiệp xác định bằng cách lấy tổng phụ tải các phân xưởng có kể đến hệ số đồng thời Ở đây ta có 12 phân xưởng nên chọn

K

ttXN (1.12) [tr 13 ; 2]

PnXN = 0,75.(45,16 + 43,59 + 42,86 + 42,96 + 30,07 + 43,2 + 43,26 + 38,2 + 31,53 + 55 + 31,82 + 31,36) = 359,258 (KW)

K ttXN (1.13) [tr 13 ; 2]

258 , 359

ttXN S ttXN

P XN

Từ những tính toán ở trên ta tổng hợp số liệu của xí nghiệp như bảng dưới đây:

Bảng 1.Các thông số của xí nghiệp

1.14 Xây dựng biểu đồ phụ tải cho xí nghiệp

a Bán kính của biểu đồ phụ tải

P

P

.360

S dl (KVA)

P cs

(KW)

Q cs

(KVA r)

S cs

(KVA )

P px (KW)

Q px

(KVAr)

S px

(KVA )

cos ϕ

Hình 1.Biểu đồ phụ tải của xí nghiệp

n i

i pxi n

tbba

P

x P

S

x S

( CT 2.61 [2] )

145 479

56 , 69681

n i

i pxi n

tbba

P

y P

S

y S

( CT 2.61 [2] )

75479

641,36144

Ta chọn số lượng máy biến áp trong trạm như trên, vì:

- Phân xưởng có kích thước nhỏ

- Công suất của xí nghiệp nhỏ (nhỏ hơn 1000kVA)

- Chọn phụ tải loại I chiếm 60% tổng công suất của toàn mạng

Công suất phụ tải loại I là:60 0.∑S tt = 0 , 6 628 , 1 = 376 , 86 (kVA)

2.2 Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện

2.2.1 Phương án cấp điện thứ nhất(Sơ đồ hình tia)

Đi dây trực tiếp từ trạm BATT tới các phân xưởng

Phương án 1: Mỗi phân xưởng có một đường dây riêng đi từ trạm biến áp của xí nghiệp Các phân xưởng loại I có thêm đường dây dự phòng, các phụ tải loại II

và loại III không có đường dây dự phòng , đi riêng lẻ so với phân xưởng khác

Sơ đồ đi dây :

Hình 2.1 : Phương án đi dây hình tia

Hình 2.2 : Sơ đồ nguyên lý phương án 1

2.2.2 Phương án cấp điện thứ hai ( Sơ đồ phân nhánh )

Đi dây gián tiếp cho các trạm biến áp xa qua các biến áp gần trạm BATT.Phương án 2: Các phân xưởng là hộ tiêu thụ loại I được đi 2 đường dây (chính +

dự phòng ), các phân xưởng hộ loại II, III ở gần nhau đi chung 1 đường dây

Sơ đồ đi dây :

Hình 2.3: Phương án đi dây phân nhánh

Hình 2.4 : Sơ đồ nguyên lý phương án 2

2.3 Lựa chọn máy biến áp

2.3.1 Chọn số lượng máy biến áp: 2 máy biến áp

2.3.2 Lựa chọn công suất máy biến áp

- Tổng công suất của phụ tải nhóm 1:

S1 = SPXA + SPXX + SPXO + SPXƠ + SPXƯ + SPXÊ

=39,5 + 56,67 + 58 + 74,26 + 50,35 + 38,57 = 317,35 (kVA)

- Tổng công suất phụ tải loại I của nhóm 1

- Tổng công suất của phụ tải nhóm 2:

S2 = SPXG + SPXN + SPXV + SPXY + SPXU + SPXÂ

= 55,86 + 60 + 42,56 + 55,5 + 57,07 + 41,7 = 312,69 (kVA)

- Tổng công suất phụ tải loại I của nhóm 2

S2* = SPXN + SPXG + SPXV

=39,4 + 70,79 + 78,22 = 158,42 (kVA) chiếm 50,66 %

Chọn công suất máy biến áp để SđmMBA ≥ Stt và Theo sơ đồ nguyên lý cung

cấp điện, toàn xí nghiệp sử dụng 2 MBA làm việc song song với yêu cầu khi sự

cố xảy ra nó không chỉ gánh được công suất của phụ tải nhóm đó mà còn gánh thêm cả được phụ tải loại 1 của nhóm gặp sự cố

Ta chọn :SđmMBA ≥Stt = 541,12 (kVA)

Do phụ tải loại I chiếm trên 50% trong phân xưởng nên ta chọn 2 máy biến áp

có công suất bằng 100% tổng công suất phụ tải Theo PL II.4 - Trang 257 [2] =>

Ta chọn 2 máy biến áp giống nhau có công suất lớn hơn hoặc bằng 541,2 kVA Loại biến áp ba pha 2 cuộn dây do Việt Nam chế tạo

Loại : 560 – 35/6,6

Công suất định mức: 560 KVA;

Điện áp cao áp / hạ áp : 35/0,4 KV

Tổn thất không tải khi Uđm và ngắn mạch khi Uđm là 3350W , 9400W

Hiệu suất định mức :97,77%

Điện áp ngắn mạch UN : 6,5 % ; IO của Iđm : 6,5 %

2.4 Lựa chọn dây dẫn từ điểm đấu điện về trạm biến áp

- Biến áp cho toàn bộ xí nghiệp có tọa độ là : BA(145, 75)

Nguồn điện được lấy từ điểm đấu điện của lưới điện 35kV có tọa độ và công suất ngắn mạch tại điểm đấu điện ứng với dòng có chữ cái đầu tiên của tên đệm

là phân xưởng X (89 , 421)

Đường dây cung cấp từ nguồn 35kV đến trạm biến áp có độ dài:

L = (X dd −X ba) 2 + (Y dd −Y ba) 2 = ( 89 − 145 ) 2 + ( 421 − 75 ) 2 = 350,5(m)

) ( 36 , 10 35 3

1 , 628

3

U

S I

I cp I

I max =

85 , 0

36 , 10

= 19,4(A)

Vì các đường dây cao áp (35kV, 22kV, 10kV hoặc 6kV) cấp điện cho xí nghiệp thường ngắn nên tiết diện dây của nó có thể được chọn theo điều kiện kinh tế ( tức mật độ dòng điện kinh tế Jkt) Căn cứ vào số liệu ban đầu ứng với dây cáp lõi nhôm theo bảng 2.10 (tr31, [2]) ta có Jkt = 1,2 A/mm2

Tiết diện dây dẫn cần thiết là: max 101,,236 8,63mm2

kt J

I kt

-Với cáp bắt buộc phải kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt dòng ngắn mạch :

F≥ α.I N t qđ

Trong đó : α: là hệ số nhiệt độ , với đồng α =6 , với nhôm α = 11

t

qđ

: thời gian quy đổi ,s Ngắn mạch trong hệ thống cung cấp điện

được coi là ngắn mạch xa nguồn : I

Tra bảng 2-55 / T654 – TL1 ta chọn dây dẫn AC-35 có Icp= 175(A)

Tra bảng 2-35 / T645 – TL1 ta được giá trị của điện trở và điện kháng của dây nhôm lõi thép AC-35 là r0 =0,85[ Ω km] và x0 = 0,403 [ Ω km].

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN VỀ ĐIỆN

3.1 Tổn hao điện áp trên đường dây trung áp

3.2 Tổn hao công suất và điện năng ở trong đường dây và máy biến áp

Chiều dài đoạn dây từ điểm đấu điện tới trạm biến áp như đã tính ở chương 2

là 69,4(m)

Tiết diện dây dẫn chọn phải thỏa mãn điều kiện sau : k.I cp ≥I lvmax

Trong đó : Ilvmax : dòng điện làm việc cực đại

I cp : dòng điện cho phép ứng với dây dẫn đã chọn

k =0,85 : Bảng PL2-57(Trang 655 sách CCĐ)

P.0 + 0

=

22

27 , 0 96 , 438 927 , 0 92 ,

472 +

356.10 = 9,01 (V)

∆U% = = 0,04% < 5%(TM)

3.2.Tính chọn cáp từ máy biến áp đến các phân xưởng :

3.2.1 Phương án 1 : Sơ đồ đi dây theo hình tia

Chiều dài dây dẫn đoạn aa1 :

Laa1 = XƠ - XBA = 210 – 85 = 125(m)

Chiều dài dây dẫn đoạn bb1 :

Chiều dài dây dẫn đoạn cc1 :

= 1,1(V)

ΔUP(aa1) =20 – 1,1=18,9(V)

F =0,0317.0,4.18,9

125 , 0 524

= 0,6(V)

ΔUP(bb1) =20 – 0,6=19,4(V)

F =0,0317.0,4.19,4

087 , 0 09

- Tính chọn dây dẫn cho phân xưởng N :

ΔUQ(cc1) = 400

07 , 0 113 664 , 42

= 0,84(V)

ΔUP(cc1) =20 – 0,84=19,16(V)

F =0,0317.0,4.19,16

113 , 0 4 , 47

= 0,58(V)

ΔUP(dd1) =20 – 0,58=19,42(V)

F =0,0317.0,4.19,42

077 , 0 24 ,

= 0,26(V)

ΔUP(ee1) =20 – 0,26=19,74(V)

F =0,0317.0,4.19,74

037 , 0 76

ΔUQ(ff1) = 400

07 , 0 110 22 , 38

= 0,74(V)

ΔUP(ff1) =20 – 0,74=19,26(V)

F =0,0317.0,4.19,26

11 , 0 98 , 45

= 0,35(V)

ΔUP(gg1) =20 – 0,35=19,65(V)

F =0,0317.0,4.19,65

049 , 0 81

= 0,18(V)

ΔUP(hh1) =20 – 0,18=19,82(V)

F =0,0317.0,4.19,82

037 , 0 68

ΔUQ(hh1) = 400

07 , 0 50 714 , 19

= 0,17(V)

ΔUP(hh1) =20 – 0,17=19,83(V)

F =0,0317.0,4.19,83

05 , 0 638

= 0,83(V)

ΔUP(dd1) =20 – 0,83=19,17(V)

F =0,0317.0,4.19,17

191 , 0 176

32 , 50 514 , 53

(

2

6 2

=4(KW)

10 125 ).

32 , 50 514 , 53

(

2

6 2

= 0,25(KVAR)Tương tự tính cho toàn bộ phương án đi dây thứ nhất:

Hình 3.3 : Nhánh thứ nhất của phương án đi dây thứ 2.

Chiều dài dây dẫn đoạn oa :

= (3-3)

400

)10.32,5062.256,7528.756,11515.47,13510.19

P l

Tra bảng 2-36 trong sách cung cấp điện ta chọn dây A70 có:

48

,

0

) ( 3 , 57 88

, 17 0317 , 0 400

) 10 524 , 53 62 7 , 79 28 79 , 122 15 428 , 147 10 108 , 186

(

mm

= +

+ +

+

++

++

400

)10.32,5062.256,7528.756,11515.47,13510.19,167

4,35% < 5% thỏa mãn yêu cầu

+ Tính chọn dây dẫn từ đường trục chính đến các phân xưởng ở nhánh thứ nhất:

Tính chọn dây dẫn cho nhóm phân xưởng có SPX = 25 ÷35 KVA gồm phân xưởng A và Ă (ta tính chọn cho phân xưởng Ă)

15 06 , 0 47 , 135 15 48 , 0 428 , 147 10 06 , 0 19 , 167 10 48 , 0 108 ,

= 0,09(V)

ΔUP(bb1) =14,6 – 0,09=14,51(V)

F =0,0317.0,3946.14,51

025 , 0 638 , 24

= 3,4(mm)Tra bảng 2-36 trong sách cung cấp điện ta chọn dây A16 có:

= 0,25 (V)

ΔU (cc1) =10,05 – 0,25=9,8(V)

F =0,0317.0,38995.9,8

034 , 0 09 , 43

= 12(mm)Tra bảng 2-36 trong sách cung cấp điện ta chọn dây A16 có:

Hình 3.4: Nhánh thứ hai của phương án đi dây thứ 2

Chiều dài dây dẫn đoạn of :

Chiều dài dây dẫn đoạn gg1 :

=

400

)10.21,4311.43,8119.904,12415.664,15322.914,

P l

Tra bảng 2-36 trong sách cung cấp điện ta chọn dây A70 có:

48

,

0

=+

++

++

400

)10.21,4311.43,8119.904,12415.664,15322.914,193

3,92 % < 5% thảo mãn yêu cầu

) ( 7 , 47 48

, 19 0317 , 0 400

) 10 24 , 50 11 22 , 96 19 62 , 143 15 38 , 175 22 19 , 221

(

mm

= +

+ +

+

Tính chọn dây dẫn cho nhóm phân xưởng có SPX = 60 ÷70 KVA gồm phân xưởng U và N (ta tính chọn cho phân xưởng N)

400

)19.904,12415.664,15322.914,193(06,0)19.62,14315.38,17522.19

= 0,44 (V)

ΔUP(hh1) =6,4 – 0,44=5,96(V)

F =0,0317.0,3864.5,96

057 , 0 4 , 47

= 37(mm)Tra bảng 2-36 trong sách cung cấp điện ta chọn dây A50 có: