Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy sản xuất máy kéo

Theo bài toán thì nhà máy được cung cấp từ trạm biến áp trung gian cáchnhà máy 10 km, dung lượng ngắn mạch về phía hạ áp của Trạm là SN = 35kW Nhà máy làm việc theo chế độ hai ca, thời g

Thiết kế bự cụng suất phản khỏng

và nõng cao hệ số cụng suất

Thiết kế hệ thống chiếu sỏng

cho phõn xưởng sửa chữa cơ khớ

Lời nói đầu

Trong giai đoạn công nghiệp hoá hiện đại hoá nớc ta, nhu cầu điện năngtrong tất cả các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ, sinh hoạt tăng trởngkinh tế thị trờng hiện nay, các nhà máy với các quy mô khác nhau, các xí nghiệplớn nhỏ, các tổ hợp sản xuất đều phải tự hạch toán kinh doanh trong cuộc cạnhtranh quyết liệt về chất lợng và giá cả sản phẩm Điện năng thực sự đóng một vai

điện xấu ( chủ yếu là điện áp thấp) ảnh hởng lớn đến chất lợng sản phẩm, gâythứ phẩm, phế phẩm, giảm hiệu suất lao động Chất lợng điện áp đặc biệt quantrọng với xí nghiệp chế tạo lắp đặt cơ khí Nhà máy sản xuất máy kéo cũng nằmtrong những yêu cầu đó Vì thế thiết kế một hệ thống điện cho toàn bộ xí nghiệp

đảm bảo độ tin cậy cấp điện và nâng cao chất lợng điện năng là mối quan tâmhàng đầu của đề án thiết kế cung cấp điện cho xí nghiệp công nghiệp, bên cạnhphơng hớng hoạt động của xí nghiệp để đạt hiệu quả kinh tế cao nhất

Thiết kế hệ thống cung cấp điện là một công việc rất khó khăn Một côngtrình điện dù nhỏ nhất cũng yêu cầu những kiến thức tổng hợp từ rất nhiềuchuyên ngành hẹp khác nhau Ngoài ra ngời thiết kế phải có sự hiểu biết nhất

định về xã hội, về môi trờng, về các đối tợng cấp điện, về tiếp thị Công trìnhthiết kế quá d thừa sẽ lãng phí đất đai, nguyên vật liệu làm ứ đọng vốn đầu t.Công trình thiết kế sai hoặc không chính xác sẽ gây hậu quả nghiêm trọng; gây

sự cố mất điện, gây cháy nổ và thiệt hại đến tính mạng và tài sản Sau một thờigian đi vào thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy sản xuất máy kéo em đãhoàn thành bản thiết kế này Với những kiến thức của bản thân, tham khảo tài

liệu, và đặc biệt là sự hớng dẫn chỉ đạo tận tình của thầy phan đăng khải

em đã hoàn thành bản thiết kế Tuy nhiên trong quá trình thiết kế không thểtránh khỏi những thiếu xót rất mong đợc sự giúp đỡ của thầy và các bạn để chobản thiết kế đợc hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn sự hớng dẫn tận tình của thầy giáo Phan

Đăng khảI.

Sinh viên thực hiện

Phạm Ngọc Vinh

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY

SẢN XUẤT MÁY KẫO

Nhà mỏy chế tạo mỏy kộo được xõy dựng trờn diện tớch tương đối lớn baogồm 10 phõn xưởng và nhà làm việc:

Bảng 1.1 - Danh sỏch cỏc phõn xưởng và nhà làm việc trong nhà mỏy.

Số trờn

mặt

bằng

Tờn phõn xưởng Cụng suất đặtS (kW) Pđ (kW) Diện tớch(m2)

6 Phân xưởng sửa chữa cơ khí Theo tính toán 1700

11 Chiếu sáng cho phân xưởng Theo tính toán

Nhà máy có nhiệm vụ chế tạo ra các loại máy kéo để cung cấp cho cácnghành kinh tế trong nước và suất khẩu, Đứng về mặt tiêu thụ điện năng thì nhàmáy là một hộ tiêu thụ lớn Do tầm quan trọng của nhà máy nên có thể xếp nhàmáy vào hộ tiêu thụ loại I, vì vậy cần phải bảo đảm cung cấp điện liên tục và antoàn

Theo bài toán thì nhà máy được cung cấp từ trạm biến áp trung gian cáchnhà máy 10 km, dung lượng ngắn mạch về phía hạ áp của Trạm là SN = 35kW

Nhà máy làm việc theo chế độ hai ca, thời gian sử dụng công suất cực đại

Tmax = 4500 h, Trong nhà máy có Ban quản lý, Phân xưởng sửa chữa cơ khí vàKho vật liệu là hộ tiêu thụ loại III, các phân xưởng khác đều thuộc loại II, Mặtbằng bố trí các phân xưởng và nhà của các phân xưởng được bố trí như trên hình1.1

CHƯƠNG II: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA CÁC

PHÂN XƯỞNG VÀ TOÀN BỘ NHÀ MÁY

Đ 2.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Phụ tải tính toán là phụ tải tính toán lâu dài không đổi, tương đương vớiphụ tải thực tế (biến đổi ) về mặt hiệu quả phát nhiệt hoặc mức độ huỷ hoại cáchđiện, Nói cách khác, phụ tải tính toán cũng đốt nóng thiết bị lên tới nhiệt độtương tự như phụ tải thực tế gây ra, vì vậy cần chọn các thiết bị tính toán theophụ tải tính toán sẽ đảm bảo an toàn cho thiết bị về mặt phát nóng

Phụ tải tính toán được sử dụng để lựa chọn và kiểm tra các thiết bị trong hệthống cung cấp điện như: máy biến áp, dây dẫn, các thiết bị đóng cắt và bảovệ…tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện nun, tổn thất điện áp; lựa chọncông suất bù phản kháng…Phụ tải tính toán phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:công suất, số lượng, chế độ làm việc của thiết bị, trình độ và phương pháp vậnhành hệ thống…Nếu phụ tải tính toán xác định được nhỏ hơn phụ tải thực tế thì

sẽ làm giảm tuổi thọ của thiết bị điện, có khả năng dẫn đến sự cố cháy nổ…Ngược lại các thiết bị được lựa chọn sẽ dưa thừa công suất dẫn đến ứa đọng vốnđầu tư, gia tăng tổn thất…Do đó việc tính toán phụ tải cần phải thoả mãn một sốđiều kiện cụ thể nào đó, Những phương pháp cho kết quả đủ tin cậy thì lại quáphức tạp, khối lượng tính toán và những thông số ban đầu đòi hỏi quá lớn và

Hiện nay có nhiều phương pháp để tính toán phụ tải tính toán Nhữngphương pháp đơn giản, tính toán thuận tiện, thường kết quả không thật chínhxác, Ngược lại, nếu độ chính xác được nâng cao thì phương pháp tính phức tạp,

Vì vậy tuỳ theo giai đoạn thiết kế, tuỳ theo yêu cầu cụ thể để chọn phương pháptính cho hợp lý Sau đây sẽ trình bày một số phương pháp xác định phụ tải tínhtoán thường dùng nhất

1 Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt (P đ ) và hệ số nhu cầu (K nc).

Ptt=Knc.Pđ trong đó Pđ  Pđm/ thường thì lấy Pđ  Pđm

Khi nhóm có nhiều thiết bị có cos khác nhau thì

n

i

dmi dmi

P P

1

1 cos

n

i

nci dmi

P

k P

1

1

Phụ tải tính toán ở một nút nào đó tại hệ thống cung cấp điện có thể tínhtoán theo công thức :

Sttxn= Kđt, 2

1 1

2 ( ) )

Ptt = Khd.Ptb

Trong đó: Khd - hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải, tra trong sổ tay kỹ thuật

Ptb là công suất trung bình của thiết bị hoặc của nhóm thiết bị [kW]

 

t

A t

dt t P P

Trong đó: Ptb công suất trung bình của thiết bị hoặc một nhóm thiết bị

 độ lệch của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình,

P tt 

Trong đó :

a0 suất chi phí điện năng cho một đơn vị sản phẩm [kWh/đvsp]

M số sản phẩm sản xuất được trong một năm,

Tmax thời gian sửa dụng công suất lớn nhất [h]

5 Theo công suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất

Ptb công suất trung bình của thiết bị hoặc nhóm thiết bị [kW]

Kmax hệ số cực đại , tra trong sổ tay kỹ thuật theo quan hệ

Kmax = f(nhq,Ksd),

Ksd hệ số sử dụng tra trong sổ tay kỹ thuật

Đ2.2 XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA PHÂN XƯỞNG

SỬA CHỮA CƠ KHÍ

Phân xưởng Sửa chữa cơ khí là phân xưởng số 6 trong sơ đồ mặt bằng nhàmáy, Phân xưởng có diện tích bố trí thiết bị là 1700 m2, Trong phân xưởng có 69thiết bị, công suất của các thiết bị rất khác nhau, Phần lớn các thiết bị đều làmviệc ở chế độ dài hạn, Những đặc điểm này cần được quan tâm khi phân nhómphụ tải , xác định phụ tải tính toán và lựa chọn phương án thiết kế cung cấp điệncho phân xưởng

2.2.1 Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình P tb và hệ số cực đại k max ( còn gọi là phương pháp số thiết bị dùng điện

tt k k P P

1 max

Trong đó: Pđmi - Công suất định mức của thiết bị thứ i trong nhóm

n - Số thiết bị trong nhóm

ksd - Hệ số sử dụng, tra trong sổ tay kỹ thuật

kmax - Hệ số cực đại, tra trong sổ tay kỹ thuật theo quan hệ

kmax = f(nhq,ksd)

nhq - số thiết bị dùng điện có hiệu quả,

Số thiết bị dùng điện có hiệu quả nhq là số thiết bị có cùng công suất cùngchế độ làm việc gây ra một hiệu quả phát nhiệt ( hoặc mức độ huỷ hoại cáchđiện ) đúng bằng các phụ tải thực tế ( có công suất và chế độ làm việc khác nhau) gây ra trong quá trình làm việc, nhq được xác định bằng biểu thức

i dmi

n

1 2 2

1Trong đó: Pđmi là công suất định mức của thiết bị thứ i trong nhóm,

n là số thiết bị trong nhóm

Khi n lớn việc xác định nhq theo biểu thức trên khá phiền phức nên có thểxác định nhq theo các phương pháp gần đúng với sai số tính toán nằm trongkhoảng  10

và k sd  0,4 thì n hq = n

Trong đó:

Pđmmax công suất định mức của thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm

Pđmmin công suất định mức của thiết bị có công suất nhỏ nhất trong nhóm,

n P

P n

dm

n

i dmi



 max 1

2

c Khi không áp dụng được các trường hợp trên, việc xác định n hq được tính hành theo trình tự sau:

Trong đó: n - số thiết bị trong nhóm

n1 - số thiết bị có công suất không nhỏ hơn một nửa tổng công suất củathiết bị có công suất lớn nhất,

P và P1 - tổng công suất của n và n1 thiết bị,

Sau tính toán được n* và p* tra theo sổ tay kỹ thuật ta tìm được

tt P P

tt k P P

1

.

Trong đó: kti - hệ số phụ tải của thiết bị thứ i, Nếu không có số liệu chính xác, hệ

số phụ tải có thể lấy gần đúng như sau:

kti = 0,9 đối với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn,

kti = 0,75 đối với các thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại,

- Nếu n > 300 và ksd  0,5 phụ tải tính toán được xác định theo công thức:

P

1

05 , 1

Nếu thiết bị một pha đấu vào điện áp pha: Pđm = 3,Ppha max

Nếu thiết bị một pha đấu vào với điện áp dây:Pđm = 3,Ppha max

- Nếu trong nhóm có thiết bị tiêu thụ điện làm việc ở chế độ ngắn hạn lặplại thì phải quy đổi về chế độ dài hạn trước khi xác định nhq theo công thức:

.

dm qd

P   Pđm

Trong đó: đm là hệ số đóng điện tương đối phần trăm, cho trong lý lịch máy

2.2.2 Trình tự xác định phụ tải tính toán theo phương pháp P tb và k max

1 Phân nhóm phụ tải:

Trong một phân xưởng thường có nhiều thiết bị có công suất và chế độ làmviệc rất khác nhau, muốn xác định phụ tải tính toán được chính xác cần phảiphân nhóm thiết bị điện, Việc phân nhóm thiết bị cần tuân theo các quy tắc sau:

- Các thiết bị trong cùng một nhóm nên ở gần nhau để giảm chiều dàiđường dây hạ áp nhờ vậy có thể tiết kiệm vốn đầu tư và tổn thất điện năng trêncác đường dây hạ áp trong phân xưởng,

- Chế độ làm việc trong cùng một nhóm nên giống nhau để xác định phụ tảitính toán được chính xác hơn và thuận tiện cho việc lựa chọn phương thức cungcấp điện cho nhóm,

- Tổng công suất các nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại tủ động lựccần dùng trong phân xưởng và toàn nhà máy, Số thiết bị trong nhóm cũng khôngnên quá nhiều bởi vì số đầu ra của các tủ động lực thường  (8 12),

Tuy nhiên thường khó có thể thoả mã tất cả các nguyên tắc trên cùng mộtlúc do vậy người thiết kế cần lựa chọn cách phân nhóm sao cho hợp lý nhất,Dựa theo nguyên tắc phân nhóm phụ tải điện đã nêu ở trên và căn cứ vào vịtrí công suất của các thiết bị bố trí trên mặt bằng phân xưởng có thể chia cácthiết bị trong phân xưởng Sửa chữa cơ khí ra làm 5 nhóm, Kết quả phân nhómphụ tải được trình bày trong bảng 2.1

Bảng 2.1 – Bảng chia nhóm thiết bị

1 Máy ca kiểu đai 1 1 1 1 1.52

NHÓM II

p* = 0 52

6 47

1 25

1  

P P

138 26

3 Tính toán phụ tải chiếu sáng của phân xưởng sửa chữa cơ khí

Phụ tải chiếu sáng của phân xưởng được xác định theo suất chiếu sáng trênmột đơn vị diện tích:

Pcs = p0.FTrong đó: p0 - suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích chiếu sáng [W/m2]

F - Diện tích được chiếu sáng [m2]

Trong phân xưởng sửa chữa cơ khí hệ thống chiếu sáng sử dụng đèn sợiđốt, tra bảng ta tìm được: p0 = 14 [ W/m2]

Phụ tải chiếu sáng của phân xưởng là:

Pcs = p0.F = 14.1700 = 23.8 kW

4 Xác định phụ tải tính toán của toàn phân xưởng SCCK

Phụ tải tác dụng của toàn phân xưởng:

P = 0.8*(90.632) = 72.5 kWTrong đó: kđt - hệ số đồng thời của toàn phân xưởng lấy bằng 0.8

Q = 0.8*120.54 = 96.43 kVArPhụ tải toàn phần của toàn phân xưởng kể cả chiếu sáng:

S ttpx =  2 2

ttpx cs

ttpx P Q

P   = 136.28 kVA.

NHÓM II

Cộng nhóm IV 12 56.72 0.15 3.96 3.11 26.46 35.19 44.029 66.90

Ittpx = Sttpx/ 3U = 207.056 Acos =

Là phụ tải lớn nhất xuất hiện trong thời gian ngắn từ 12s Trong sản xuất

công nghiệp phụ tải đỉnh nhọn thường xuất hiện khi khởi động động cơ.

Đ2.3 XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA CÁC

PHÂN XƯỞNG CÒN LẠI

Do chỉ biết trước công suất đặt và diện tích của các phân xưởng nên ở đây

sẽ sử dụng phương pháp xác định PTTT theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

2.3.1 Phương pháp xác định PTTT theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

Theo phương pháp này phụ tải tính toán của phân xưởng được xác địnhtheo các biểu thức sau:





cos

2 2

1

tt tt tt tt

tt tt

n

i di nc tt

P Q P S

tg P Q

P k P

nc P k

1Trong đó: Pđi,Pđmi - công suất đặt và công suất định mức của thiết bị thứ i

Ptt , Qtt, Stt công suất tác dụng, phản kháng và toàn phần của nhómthiết bị thứ i

n số thiết bị trong nhóm

knc hệ số nhu cầu tra trong sổ tay kỹ thuật điện,

Nếu hệ số công suất cos của các thiết bị trong nhóm sai khác nhau khôngnhiều thì cho phép sử dụng hệ số công suất trung bình để tính toán:

n

i i

P P

1

1

cos cos

+ Công suất tính toán động lực:

Pđl = kncPđ = 0.8*64= 51.2 kW

Qđl = Pđltg = 38.4 kVAr+ Công suất tính toán chiếu sáng

Pcs = p0.S =15.1875 = 28,75 kW+ Công suất tính toán tác dụng của toàn phân xưởng

Ptt = Pđl + Pcs = 79.33 kW+ Công suất tính toán phản kháng của phân xưởng

Qtt = Qđl + Qcs = 38.4 kVAr+Công suất tính toán toàn phần của phân xưởng

Tên phân xưởng Pđ

P/x Nhiệt luyện 2800 0.8 0.8 15 2240 70125 2310 1680 2856.4

Bộ phận nén khí 1360 0.7 0.8 10 952 27000 979 714 1211.7Kho vật liệu 48 0.7 0.8 10 33.6 36000 69.6 25.2 74.022

Đ2.4 XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA TOÀN NHÀ MÁY

Phụ tải tính toán tác dụng của toàn nhà máy:

Trong đó: kđt - là hệ số đồng thời bằng 0.8

Pttnm = 0.8*7874 = 6299.2 kWPhụ tải tính toán phản kháng toàn nhà máy:

Qttnm = 0.8*6735 = 5388 kVArPhụ tải tính toán của toàn nhà máy:

- Công thức xét đến sự gia tăng của phụ tải trong tương lai:

S(t) = Stt (1 + 1t);

Trong đó: Stt - Công suất tính toán của xí nghiệp ở thời điểm hiện tại

1 - Hệ số phát triển hàng năm của phụ tải: (1 = 0,083 - 0,101)

t - Số năm dự kiến (t = 10 năm)Vậy S(10) = 8289,18 (1 + 0,95 10) = 87036,39(KVA)

 P(10) = S(10) Cos = 87036,39.0,76 = 66147,65 (Kw)

Đ 2.5 XÁC ĐỊNH TÂM PHỤ TẢI ĐIỆN VÀ VẼ BIỂU ĐỒ PHỤ TẢI

2.5.1 Tâm phụ tải điện:

Tâm phụ tải điện là điểm thoả mãn mômen phụ tải đạt giá trị cực tiểu

i l P

Trong đó: Pi và li - công suất và khoảng cách từ phụ tải thứ i đến tâm phụ tải

Để xác định toạ độ tâm phụ tải có thể sử dụng công thức sau:

S

x S x

1

1 0

S

y S y

1

1 0

S

z S z

1

1 0

.

Trong đó: x0, y0, z0 toạ độ tâm phụ tải điện

xi, yi, zi toạ độ của phụ tải thứ i tính theo một hệ toạ độ XYZ tuỳ chọn,

Si công suất của phụ tải thứ i

Trong thực tế thường ít quan tâm đến toạ độ z, Tâm phụ tải điện là vị trí tốtnhất để đặt các trạm biến áp, trạm phân phối, tủ phân phối, tủ động lực nhằmmục đích tiết kiệm chi phí cho dây dẫn và giảm tổn thất trên lưới điện

2.5.2 Biểu đồ phụ tải

Biểu đồ phụ tải điện là một vòng tròn vẽ trên mặt phẳng, có tâm trùng vớitâm của phụ tải điện, có diện tích tương ứng với công suất của phụ tải theo tỉ lệxích nào đó tuỳ chọn, Biểu đồ cho phép người thiết kế hình dung được sự phân

bố phụ tải trong khu vực phạm vi cần thiết kế, từ đó cơ sở để lập các phương áncung cấp điện, Biểu đồ phụ tải chia làm hai thành phần: phần phụ tải động lực(phần hình quạt gạch chéo) và phần phụ tải chiếu sáng ( phần hình quạt đểtrắng)

Để vẽ được biểu đồ phụ tải cho các phân xưởng, ta coi phụ tải của cácphân xưởng phân bố đều theo diện tích phân xưởng nên tâm phụ tải có thể lấytrùng với tâm hình học của phân xưởng trên mặt bằng

Góc của phụ tải chiếu sáng của phụ tải thứ i

tt

cs csi

Kết quả R i và  Csi cho các phân xưởng

TT Tên phân xưởng P CS

(kW) P (kW) TT S (KVA) tt Tâm phụ tải R (mm)SC 0

x(mm)y(mm)

1 Ban quản lý và phòng thiết

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN CAO ÁP CỦA NHÀ MÁY

Đ1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Việc lựa chọn sơ đồ cung cấp điện ảnh hưởng rất lớn đến chỉ tiêu kinh tế kỹthuật của hệ thống, Một sơ đồ cung cấp điện phải thoả mãn những yêu cầu cơbản sau:

1 Đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật

2 Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

3 Thuận tiện và linh hoạt trong vận hành

4 An toàn cho người và thiết bị

5 Dễ dàng phát triển để đáp ứng yêu cầu tăng trưởng của phụ tải điện

6 Đảm bảo các chỉ tiêu về kinh tế

Trình tự tính toán thiết kế mạng điện cao áp cho nhà máy bao gồm các bước:

1 Vạch phương án cung cấp điện

2 Lựa chọn vị trí, số lượng dung lượng của các trạm biến áp và lựa chọnchủng loại, tiết diện các đường dây cho các phương án

3 Tính toán kỹ thuật kinh tế để lựa chọn phương án hợp lý

4 Thiết kế chi tiết cho phương án được chọn

Đ2 VẠCH CÁC PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

- Kinh nghiệm cho thấy rằng phụ tải điện của xí nghiệp tăng lên khôngngừng do việc hợp lý hoá tiêu thụ điện năng, tăng năng suất của các máy chính,tăng dung lượng năng lượng, thay hoặc hoàn thiện các thiết bị công nghệ, xâylắp thêm các thiết bị công nghệ, Để hợp lý hoá sơ đồ cung cấp điện và tất cảcác phần tử của nó phụ thuộc vào việc đánh giá đúng đắn phụ tải điện, nếukhông tính đến sự phát triển của phụ tải sẽ dẫn đến phá hoại các thông số tối ưucủa lưới

- Nhưng do không có thông tin cụ thể về sự phát triển của phụ tải điện của

xí nghiệp nên ở đây ta không xét đến mức gia tăng của phụ tải trong tương lai do

đó phụ tải tính toán Stt đã tính trước với số năm dự kiến là 10

Stt(10) = 87036,39 KVA

Ptt(10) = 66147,65 kwTrước khi vạch các phương án cụ thể cần lựa chọn cấp điện áp hợp lý chođường dây tải điện từ hệ thống về nhà máy

Trong tính toán điện áp truyền tải thông thường người ta sử dụng một sốcông thức kinh nghiệm sau:

P 16 l 34 , 4

4

l P 16

U  (b) (3-1)

P 16

l 17

U   (c)Trong đó: + U - Điện áp truyền tải tính bằng [kv]

+ l - Khoảng cách truyền tải tính bằng [km]

+ P - Công suất truyền tải tính bằng [kW]

2.1 Xác định điện áp truyền tải từ hệ thống về xí nghiệp.

Thay các giá trị PttXN(10) = 66147 kw và l = 10km vào công thức (3-1a)

U = 4,34 l 0 , 016 P

Như vậy cấp điện áp truyền tải hợp lý về nhà máy sẽ là :

U = 4,34, 10  0 , 016 66147 , 65 = 141,85 kVVậy ta chọn cấp điện áp truyền tải từ hệ thống đến xí nghiệp là Uđm =35kv

Căn cứ vào vị trí, công suất và yêu cầu cung cấp điện có thể đưa ra cácphương án sau:

2.2 Phương án về trạm biến áp phân xưởng:

Chọn số lượng máy biến áp cho các trạm chính cũng như trạm biến áp phânxưởng có ý nghĩa quan trọng đối với việc xây dựng một sơ đồ cung cấp điện hợp

lý Kinh nghiệm tính toán và vận hành cho thấy là trong một trạm biến áp chỉcần đặt một máy biến áp là tốt nhất, khi cần thiết có thể đặt hai máy, không nênđặt quá hai máy

+ Trạm một máy biến áp có ưu điểm là tiết kiệm đất đai, vận hành đơn giảntrong hầu hết các trường hợp có chi phí tính toán hàng năm nhỏ nhất nhưng cónhược điểm mức đảm bảo an toàn cung cấp điện không cao

+ Trạm hai máy biến áp thường có lợi về kinh tế hơn so với các trạm bamáy và lớn hơn

Khi thiết kế để quyết định chọn đúng số lượng máy biến áp cần phải xétđến độ tin cậy cung cấp điện

Các trạm biến áp (TBA) được lựa chọn dựa trên các nguyên tắc sau:

1 Vị trí đặt trạm phải thoả mãn các yêu cầu gần tâm phụ tải, thuận tiện choviệc vận chuyển, lắp đặt vận hành, sửa chữa máy biến áp an toàn và kinh tế

2 Số lượng máy biến áp (MBA) đặt trong các TBA được lựa chọn căn cứvào yêu cầu cung cấp điện của phụ tải điều kiện vận chuyển và lắp đặt; chế độlàm việc của phụ tải Trong mọi trường hợp TBA chỉ đặt một máy là kinh tếnhất và thuận tiện cho việc vận hành, nhưng vì độ tin cậy cung cấp điện khôngcao Các TBA cung cấp cho hộ loại I và loại II chỉ nên đặt 2 MBA, hộ loại III

khc - Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường, ta chọn loại máychế tạo tại Việt Nam nên không cần hiệu chỉnh nhiệt độ, khc = 1.

kqt - Hệ số quá tải sự cố, kqt = 1,4 nếu thoả mãn MBA vận hành quátải không quá 5 ngày đêm, thời gian quá tải một ngày không quá 6h và trước khiMBA quá tải vận hành với hệ số tải  0,93

Sttsc - Công suất tính toán sự cố Khi sự cố một MBA có thể loại bỏmột số phụ tải không quan trọng để giảm nhẹ dung lượng của MBA nhờ vậy cóthể giảm nhẹ vốn đầu tư và tổn thất của trạm trong trạng thái làm việc bìnhthường Giả thiết trong các hộ loại I có 30% là phụ tải loại III nên Sttsc = 0,7.Stt

Đồng thời cũng hạn chế chủng loại MBA để tạo điều kiện thuận lợi trongviệc mua sắm, lắp đặt, vận hành, thay thế, sửa chữa

Các phương án đặt trạm biến áp:

Phương án I: Đặt 6 trạm biến áp phân xưởng cung cấp cho 10 phân xưởng

của toàn nhà máy

- Trạm B1: cấp điện cho Ban quản lý phòng thiết kế, phân xưởng Cơ khi số

1 Trạm đặt 2 máy biến áp làm việc song

n.khc.SđmB  Stt = 88,13 + 1102= 1190,13 kVA

SđmB  Stt/2 = 595 kVA

Chọn máy biến áp tiêu chuẩn Sđm = 800 kVA

Kiểm tra lại máy biến áp đã chọn theo điều kiện quá tải sự cố: Sttsc lúcnày chính là công suất tính toán của phân xưởng Cơ khí số 1 sau khi cắt bớt một

số phụ tải không quan trọng trong phân xưởng, còn ban quản lý và phòng thiết

kế là phụ tải loại III nên khi sự cố có thể ngừng cung cấp điện:

(n – 1).kqt.SđmB Srrsc = 0,7.Stt

SđmB  0,7.Stt/1,4 = 551 kVA

Vậy trạm biến áp B1 đặt hai máy Sđm = 800 kVA là hợp lý

* Trạm biến áp B2: cấp điện cho phân xưởng sửa chữa cơ khí số 2 Trạmđặt hai máy làm việc song song

n.khc.SđmB  Stt = 989,4 kVA

SđmB  Stt/2 = 494,7 kVA

Chọn máy biến áp tiêu chuẩn Sđm = 800 kVA

Kiểm tra dung lượng máy biến áp đã chọn theo điều kiện quá tải sự cố: Sttsc

chính là công suất tính toán của phân xưởng sửa cơ khí số 2

(n – 1).kqt.SđmB Srrsc = 0,7.Stt

SđmB  0,7.Stt/1,4 = 494,7

Vậy trạm biến áp B2 đặt hai máy làm việc song song có Sđm =800 kVA là hợp lý

- Trạm biến áp B3: cấp điện cho phân xưởng luyện kim mầu và phân xưởngsửa chữa cơ khí Trạm đặt hai máy làm việc song song.

n.khc.SđmB  Stt = 1122+134.47 = 1256.47 kVA

SđmB  Stt/2 = 628,24 kVA

Chọn máy biến áp tiêu chuẩn Sđm = 800 kVA

Kiểm tra lại dung lượng máy biến áp đã chọn theo điều kiện quá tải sự cố:

Sttsc lúc này chính là công suất tính toán của phân xưởng luyện kim màu sau khicắt bớt một số phụ tải không quan trọng, còn phân xưởng Sửa chữa cơ khí là phụtải loại III nên khi gặp sự cố có thể ngừng cung cấp điện:

(n – 1).kqt.SđmB Srrsc = 0,7.Stt

SđmB  0,7.Stt/1,4 = 561 kVA

Vậy trạm biến áp B3 đặt hai máy Sđm = 630 kVA là hợp lý

- Trạm biến áp B4: Cấp điện cho phân xưởng luyện kim đen và phân xưởngrèn Trạm đặt hai máy làm việc song song

n.khc.SđmB  Stt = 1578 + 1293 = 2871 kVA

SđmB  Stt/2 = 1435,5 kVAChọn máy biến áp tiêu chuẩn có Sđm = 1600 kVA

Kiểm tra dung lượng máy biến áp đã chọn theo điều kiện quá tải sự cố: Srrsc

là tổng công suất của cả hai phân xưởng:

(n – 1).kqt.SđmB Srrsc = 0,7.Stt

SđmB  0,7.Stt/1,4 = 1435,5 kVA

Vậy trạm biến áp B4 đặt hai máy có công suất Sđm = 1600 kVA là hợp lý

- Trạm biến áp B5: Cấp điện cho bộ phận nén khí và kho vật liệu Trạm đặthai máy làm việc song song:

- Trạm biến áp B6: Cung cấp cho Phân xưởng nhiệt luyện Trạm đặt haimáy làm việc song song.

Vậy trạm biến áp B6 đặt hai máy có dung lượng 1600 kVA là hợp lý.

Ban quản lý và phòng thiết kế,

Phân xưởng luyện kim mầu và

Phân xưởng luyện kim đen và

Chọn máy biến áp phân xưởng theo trình tự các bước như trên đối vớiphương án II, III ta có bảng sau

Phương án II

Ban quản lý và phòng thiết kế,

Phân xưởng luyện kim mầu và

Ban quản lý và phòng thiết kế,

Phân xưởng luyện kim mầu và

Trạm biến áp phân xưởng làm nhiệm vụ biến đổi từ điện áp xí nghiệp 10kvxuống điện áp phân xưởng 0,4kV cung cấp cho các phụ tải động lực và chiếusáng của phân xưởng

Trong các nhà máy thường sửa dụng các kiểu TBA phân xưởng:

- Các trạm biến áp cung cấp điện cho một phân xưởng có thể dùng loại liền

kề có một tường của trạm chung với tường của phân xưởng nhờ vậy tiết kiệmđược vốn đầu tư xây dựng và ít ảnh hưởng đến công trình khác

- Trạm lồng cũng được sử dụng để cung cấp điện cho một phần hoặc toàn

bộ một phân xưởng vì có chi phí đầu tư thấp, vận hành, bảo quản thuận lợinhưng về mặt an toàn khi có sự cố trong trạm hoặc phân xưởng không cao

- Các trạm biến áp dùng chung cho nhiều phân xưởng nên đặt gần tâm phụtải, nhờ vậy có thể đưa điện áp cao đến gần hộ tiêu thụ điện và rút gắn khá nhiềuchiều dài mạng phân phối cáo áp của xí nghiệp cũng như mạng hạ áp của phânxưởng, giảm chi phí kim loại làm dây dẫn và giảm tổn thất Cũng vì vậy nêndùng trạm độc lập, tuy nhiên vốn đầu tư xây dựng trạm cao

- Tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể để chọn các một trong các loại trạm biến

áp đã nêu Để đảm bảo an toàn cho người sử dụng cũng như thiết bị, đảm bảo mĩquan công nghiệp ta chọn loại trạm xây, đặt gần tâm phụ tải, gần các trục giaothông trong nhà máy, song cũng cần tính đến khả năng phát triển và mở rộng sảnxuất

Để lựa chọn vị trí đặt các TBA phân xưởng cần xác định tâm phụ tải củacác phân xưởng hoặc của nhóm phân xưởng được cung cấp điện từ các trạmbiến áp đó

Phương án I: Xác định vị trí trạm biến áp B1 cung cấp cho ban quản lý phòngthiết kế và phân xưởng cơ khí số 1:

8 , 112 13

, 1190

112 8 , 1101 123

132 , 88 1

n

i i i

S

x S x

15 , 78 13

, 1190

80 8 , 1101 55

123 , 88 1

n

i i i

S

y S y

Vậy vị trí đặt trạm biến áp B1 có toạ độ M1(112,8; 78,15)

Đối với trạm biến áp phân xưởng khác, tính toán tương tự ta xác định được

vị trí đặt phù hợp với trạm biến áp phân xưởng trong phạm vi nhà máy

Vị trí đặt các trạm biến áp phân xưởng được ghi trong bảng sau

Tính toán tương tự ta có vị trí đặt các trạm biến áp phân xưởng cho phương

án 2 như trong bảng sau

1 Phương án cung cấp điện cho các trạm biến áp phân xưởng

a Phương pháp sử dụng sơ đồ dẫn sâu:

Đưa đường dây trung áp 35kV vào sâu trong nhà máy đến tận các trạm biến

áp phân xưởng Nhờ đưa trực tiếp điện áp cao vào các trạm biến áp phân xưởng

sẽ giảm được vốn đầu tư xây dựng trạm biến áp trung gian hoặc trạm phân phốitrung tâm, giảm được tổn thất và nâng cao năng lực truyền tải của mạng Tuynhiên nhược điểm của phương thức này là độ tin cậy của cung cấp điện khôngcao, các thiết bị sử dụng trong sơ đồ giá thành đắt, và yêu cầu trình độ vận hànhphải cao, nó chỉ phù hợp với nhà máy có phụ tải lớn và tập chung nên ở đây takhông xét đến phương án này

b Phương pháp sử dụng trạm biến áp trung tâm (TBATT):

Nguồn 35kV từ hệ thống về qua TBATT được hạ xuống điện áp 10,5kV đểcung cấp cho các trạm biến áp phân xưởng Nhờ vậy sẽ giảm được vốn đầu tưcho mạng điện cao áp cũng như các trạm biến áp phân xưởng, vận hành thuậnlợi hơn và độ tin cậy cung cậy cung cấp điện cũng được cải thiện Song phải đầu

tư để xây dựng TBATT, gia tăng tổn thất trong mạng điện cao áp Nếu sử dụngphương pháp này, vì nhà máy là hộ loại II phải đặt hai máy biến áp với côngsuất được trọn theo điều kiện:

n.SđmB  Sttnm=8289,18

SđmB  Sttnm/2 =4144,59Chọn máy biến áp tiêu chuẩn Sđm =5,6 MVA

Kiểm tra lại dung lượng máy biến áp theo điều kiện quá tải sự cố với giảthiết các hộ loại II trong nhà máy đều có 30% là phụ tải loại III có thể tạmngừng cung cấp điện khi cần thiết:

(n-1)kqtSđmB  Sttsc

SđmB  0,7Sttsc/1,4 = 4144,59

- Chọn MBA do Liên Xô chế tạo loại TDH có Sđm = 5,6 MVA khi đưa vềlắp đặt trong nước thì công suất định mức của MBA phải được hiệu chỉnh theonhiệt độ

- Công thức hiệu chỉnh công suất theo nhiệt độ [ giáo trình: CCĐXN ]

.100

51

dm

dm S S

Trong đó: + S’đm - công suất định mức sau khi hiệu chỉnh (kVA)

+ Sđm - công suất định mức ghi trên nhãn máy (kVA)

Theo khí hậu miền Bắc lấy tb= 240C, max=420C, như vậy công suất địnhmức sau khi hiệu chỉnh S’đm=0,75SđmS’đm=0,75.5600= 4200(KVA)

Bảng 3-1: Bảng thông số kỹ thuật của máy biến áp trung tâm

kVA C H Po Pn C-HTM-

5600/35

Vậy trạm biến áp trung tâm sẽ đặt hai máy biến áp:

c Phương án sử dụng trạm phân phối trung tâm (TPPTT)

Điện năng từ hệ thống cung cấp cho trạm biến áp phân xưởng thông quatrạm phân phối trung tâm Nhờ vậy mà việc quản lý, vận hành điện cao áp củanhà máy sẽ thuật lợi hơn, tổn thất trong mạng giảm, độ tin cậy của cung cấp điệnđược gia tăng, song vốn đầu tư cho mạng điện cũng lớn hơn Trong thực tế đây

là phương pháp được sử dụng khi điện áp nguồn không cao (< 22kV) công suấtcác phân xưởng tương đối lớn

2 Xác định vị trí đặt trạm biến áp trung tâm, trạm phân phối trung tâm

Dựa trên hệ trục toạ độ đã chọn Oxy có thể xác định tâm phụ tải điện củanhà máy

n

i i i

S

x S x

1

1 0

n

i i i

S

y S y

1

1 0

.

Trong đó: Si - công suất tính toán của phân xưởng thứ i

xi, yi: toạ độ tâm phụ tải của phân xưởng thứ i

8 , 59 10452 625029

n

i i i

S

x S x

1 , 53 10452 555095

n

i i i

S

y S y

Vậy vị trí tốt nhất để đặt trạm biến TBATT có toạ độ: ( 59,8; 53,1 )

3 Lựa chọn phương án đi dây của mạng cao áp:

Do tính chất quan trọng của các phân xưởng nên ở mạng cao áp trong nhàmáy ta sử dụng sơ đồ hình tia Sơ đồ này có ưu điểm là sơ đồ nối dây rõ ràng,các trạm biến áp phân xưỏng đều được cấp điện từ một đường dây riêng nên ítảnh hưởng tới nhau, độ tin cậy cung cấp điện tương đối cao, dễ thực hiện cácbiện pháp bảo vệ, tự động hoá và dễ vận hành

- Trạm biến áp trung tâm của xí nghiệp sẽ được lấy điện từ hệ thống bằngđường dây trên không, dây nhôm lõi thép, lộ kép.

- Để đảm bảo an toàn, đảm bảo không gian và mỹ quan cho xí nghiệp mạngcao áp được dùng cáp ngầm Căn cứ vào vị trí các trạm biến áp phân xưởng vàtrạm biến áp trung tâm trên mặt bằng, đề ra 3 phương án đi dây mạng cao áp

Phương án I

Phương án II

- Trạm biến áp trung tâm (BATT)

- Trạm biến áp phân xưởng (BAPX)

- Cáp cao áp

- Cáp hạ áp

Phương án III

TÍNH TOÁN KINH TẾ KỸ THUẬT LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN HỢP LÝ:

Đường dây cấp điện từ hệ thống về trạm BATT của xí nghiệp bằng đườngdây trên không, loại dây AC

Tra bảng với dây dẫn AC và Tmax=4500h được Jkt =1,1(A/mm2)

Đường dây từ hệ thống về trạm biến áp trung tâm là lộ kép nên:

dm

ttpx

U

s I

3 2

max 

Tiết diện kinh tế của cáp:

kt kt

j

I

F max

 (mm2)Thay số ta được

) ( 15 , 62 1,

1

36 , 68 F

;

).

( 36 ,

68 35 3 2

18 , 8289 3

U

S I

kt

ttXN kt

dm

ttXN ttXN

- Kiểm tra sự cố khi đứt một dây : 129 , 32 ( )

35 3

5600 4 , 1

3

4 , 1

A U

S I

dm

dmB

Icp > Ittsc = 129,32 (A) Dây dẫn chọn thoả mãn

- Kiểm tra dây dẫn đã chọn theo điều kiện tổn thất điện áp, vì tiết diện dây

đã chọn vượt cấp cho sự gia tăng của phụ tải trong tương lai, nên không cầnkiểm tra theo U

Sau đây lần lượt tính toán kinh tế kỹ thuật cho 3 phương án Mục đích tínhtoán của phần này là so sánh tương đối giữa 3 phương án cấp điện, chỉ cần tínhtoán so sánh phần khác nhau giữa 3 phương án Cả 3 phương án đều có nhữngphần tử giống nhau: đường dây cung cấp từ trạm biến áp trung gian (BATG) về(BATT)

a Phương án 1:

Phương án sử dụng TBATT nhận điện từ hệ thống về hạ xuống điện áp 10kVsau đó cung cấp cho các trạm biến áp phân xưởng Các trạm biến áp phân xưởng

hạ điện từ 10 kV xuống 0,4 KV để cung cấp cho các phụ tải trong phân xưởng

- Chọn máy biến áp trong phân xưởng:

Trên cơ sở đã chọn công suất máy biến áp ở phần trên ta có bảng kết quả chọn máy biến

áp cho các trạm biến áp phân xưởng do ABB chế tạo:

Tên trạm (kVA)Sđm Uc/Uh(kV) (kW)Po (kW)Pn Un (%) Số lượng Đơn giá Thành tiền (10 3 đ)

Tổng vốn đầu tư cho trạm biến áp K B = 1536800.10 3 đ

- Xác định tổn thất điện năng A trong trạm BA:

Tổn thất điện năng trong các TBA được tính bằng công thức sau:



1

Trong đó: n - số máy biến áp ghép song song

t - thời gian MBA vận hành, với MBA vận hành trong suốt một nămthì

t = 87600 h

- thời gian tổn thất công suất lớn nhất Tra bảng với Tmax = 4500 h vàcos =0,76 ta tìm được  = 3300 h

P0, PN- tổn thất công suất không tải và tổn thất công suất ngắn mạchcủa máy biến áp.

Stt - công suất tính toán của máy biến áp

SđmB - công suất định mức máy biến áp

Tính toán cho trạm biến áp phân xưởng B1:

Stt = 1190,13 kVA ; SđmB = 1600 kVA ; P0 = 2,8 kW; PN = 18 kW

Ta có:



1

S

S P n t

Các thiết bị khác cũng tính toán tương tự cho kết quả trong bảng sau

Tên trạm S đm (kVA) S tt (kVA) Po(kW) P n (kW) Số lượng máy A(kWh)

Tổn thất điện năng trong các trạm biến áp A B = 538830 kWh

Chọn dây dẫn và xác định tổn thất công suất, tổn thất điện năng trong mạng điệnChọn cáp từ trạm BATT đến các trạm BA phân xưởng được dùng cáp lõiđồng 10 kV, 3 lõi cách điện XLPE đai thép, vỏ PVC do hãng FURKAWA chếtạo, Đối với nhà máy sản xuất máy kéo làm việc hai ca, thời gian sử dụng côngsuất lớn nhất Tmax = 4500h, sử dụng cáp lõi đồng, tra bảng tìm được Jkt= 3,1A/mm2

dm

ttpx

U

S I

3 2

max 

kt kt

k1 hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ lấy k1 = 1

k2 hệ số hiệu chỉnh về số dây cáp cùng đặt trong một rãnh, các rãnh đều đặt

2 cáp, khoảng các giữa các sợi cáp là 300 mm Tra bảng ta tìm được k2 = 0,93

Vì chiều dài cáp từ TBATT đến các TBAPX ngắn nên tổn thất điện áp nhỏ

ta có thể bỏ qua không cần kiểm tra lại theo điều kiện Ucp

- Chọn cáp từ trạm BATT đến trạm B1:

) ( 36 ,

34 10 3 2

13 , 1190

3 2

1 max

) ( 08 , 11 1,

3

36 ,

j

I F

kt

Tra bảng PL V,16 lựa chọn cáp có tiết diện tiêu chuẩn F =16mm2, ký hiệu là2XPLE (3x16) có Icp=110 (A),

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng :

Isc = 2Imax = 2.34,36 = 68,72 < 0,93Imax = 0,93.110 = 103,2 (A),

Vậy cáp đã chọn thoả mãn điều kiện phát nóng

- Chọn cáp từ trạm biến áp B1 đến ban quản lý và phòng thiết kế:

Ban quản lý và phòng thiết kế là hộ tiêu thụ loại III nên dùng cáp lộ đơn đểcung cấp điện

dm

ttpx

U

S I

3

max  = 133 , 9A

38 , 0 3

13 , 88



Chỉ có 1 cáp đi trong một rãnh nên k2 = 1 Điềukiện chọn cáp: Icp  Imax

Chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi (3 lõi dẫn điện ba pha và một lõi làm dây trungtính) cách điện PVC do hãng LENS chế tạo tiết diện (3x35 + 25) mm2 với

Icp = 158 A

- Chọn cáp từ trạm B4 đến Phân xưởng rèn

4 , 0 3 2

1293 3

2

U

S I

Chọn tương tự cho các đường cáp khác, kết quả ghi trong bảng sau

Đường cáp F (mm2) L (m) Giá, 103đ/m Tiền, 103đ