Báo cáo bài tập lớn: Thiết kế hệ thống điện cho xí nghiệp chế tạo máy kéo

Báo cáo bài tập lớn: Thiết kế hệ thống điện cho xí nghiệp chế tạo máy kéo Mục lục MỤC LỤC 1 LỜI NÓI ĐẦU 3 DANH SÁCH THÀNH VIÊN 4 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 5 1.1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 5 1.2. ĐẶC ĐIỂM PHÂN BỐ PHỤ TẢI 5 1.3. PHÂN XƯỞNG SỬA CHỮA CƠ KHÍ 7 CHƯƠNG II: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA KHU CÔNG NGHIỆP 10 2.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN 10 2.1.1.Khái niệm về phụ tải tính toán 10 2.1.2.Các phương pháp xác định phụ tải tính toán 10 2.2. XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA NHÀ MÁY SẢN XUẤT MÁY KÉO 14 2.2.1.Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí 14 2.2.2.Xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng khác trong toàn nhà máy 21 2.3. XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA TOÀN NHÀ MÁY 24 2.4. BIỂU ĐỒ PHỤ TẢI CỦA CÁC PHÂN XƯỞNG VÀ NHÀ MÁY 24 2.4.1.Tâm phụ tải điện 24 2.4.2.Biểu đồ phụ tải điện: 25 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠNG CAO ÁP CỦA NHÀ MÁY 27 3.1. ĐẶT VẤN ĐỀ 27 3.2. VẠCH CÁC PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN 27 3.2.1.Phương án về các trạm biến áp phân xưởng 27 3.2.2 Xác định MBA cho các trạm biến áp phân xưởng 30 3.2.3 Xác định vị trí các trạm biến áp phân xưởng 36 3.3. PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN CHO CÁC TRẠM BIẾN ÁP PHÂN XƯỞNG 37 3.3.1.Các phương án cung cấp điện cho trạm biến áp phân xưởng 37 3.3.2. Xác định vị trí đặt trạm biến áp trung gian; trạm phân phối trung tâm của nhà máy 39 3.3.3. Lựa chọn phương án nối dây của mạng cao áp 39 3.4. TÍNH TOÁN KINH TẾ KỸ THUẬT CHO CÁC PHƯƠNG ÁN 41 3.4.1.Phương án 1 43 3.4.2.Phương án 2 52 3.4.3.Phương án 3 55 3.4.4.Phương án 4 59 3.5. BẢNG SO SÁNH CHI TIÊU KINH TẾ CHO CÁC PHƯƠNG ÁN 63 3.6. THIẾT KẾ CHI TIẾT MẠNG CAO ÁP CỦA NHÀ MÁY 64 3.6.1.Chọn dây dẫn từ trạm biến áp trung tâm của khu công nghiệp về trạm phân phối trung tâm 64 3.6.2.Chọn cáp cao áp và hạ áp của nhà máy 64 3.7. SƠ ĐỒ NỐI DÂY CHI TIẾT MẠNG CAO ÁP CỦA NHÀ MÁY 74 3.8. THUYẾT MINH VÀ VẬN HÀNH SƠ ĐỒ 75 3.8.1.Khi vận hành bình thường. 75 3.8.2.Khi bị sự cố 75 3.8.3.Khi cần sửa chữa định kỳ. 57 CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP CỦA PHÂN XƯỞNG SỬA CHỮA CƠ KHÍ 76 4.1. ĐÁNH GIÁ VỀ PHỤ TẢI CỦA PHÂN XƯỞNG SỦA CHỮA CƠ KHÍ 76 4.2. LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHO TỦ PHÂN PHỐI: 76 4.2.1.Lựa chọn aptomat đầu nguồn đặt tại trạm biến áp 76 4.2.2 Chọn cáp từ trạm biến áp đến tủ phân phối 76 4.2.3 Lựa chọn sơ đồ tủ phân phối 76 4.2.4 Chọn cáp từ tủ phân phối đến tủ động lực 77 4.2.5 Tính toán ngắn mạch phía hạ áp của phân xưởng SCCK 78 4.3. LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ TRONG CÁC TỦ ĐỘNG LỰC VÀ DÂY DẪN ĐẾN CÁC THIẾT BỊ CỦA PHÂN XƯỞNG 80 4.4. SƠ ĐỒ PHÂN PHỐI CỦA PHÂN XƯỞNG SCCK 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI

TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

Đề tài thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy sản xuất máy kéo Nhiệm vụ chính của đề tài là đề xuất và trình bày phương pháp xác định phụ tải tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí và toàn nhà máy; Thiết kế mạng điện cao áp cho toàn nhà mày; Thiết kế mạng điện hạ áp cho phân xưởng sửa chữa cơ khí của nhà máy Những thông số cơ bản phục vụ tính toán được cung cấp từ đề bài và các tài liệu tham khảo chuyên môn thông dụng.

ĐẶC ĐIỂM PHÂN BỐ PHỤ TẢI

Phụ tải điện của khu công nghiệp được cấp điện từ nguồn hệ thống có khoảng cách 12 km qua đường dây nhôm lõi thép (AC) đặt treo trên không với cấp điện áp là

22 kV hoặc 35 kV Dung lượng ngắn mạch về phía hạ áp của trạm biến áp khu vực

250 MVA Công suất nguồn điện vô cùng lớn.

Bảng 1.1 – Phụ tải nhà máy sản xuất máy kéo

STT Tên phân xưởng Công suất đặt

( kW) Loại hộ tiêu thụ

1 Khu nhà phòng ban quản lý và xưởng thiết kế 200 III

2 PX gia công cơ khí 3600 I

6 PX sửa chữa cơ khí Theo tính toán III

9 Bộ phận nén khí 1700 III

12 Chiếu sáng phân xưởng Theo diện tích

Nhóm 7 – Hệ thống cung cấp điện - 5 -

BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO XÍ NGHIỆP CHẾ TẠO MÁY KÉO

Hình 1.1 – Sơ đồ đặt toàn nhà máy sản xuất máy kéo

PHÂN XƯỞNG SỬA CHỮA CƠ KHÍ

Phân xưởng sửa chữa cơ khí là một phụ tải cần tính toán thông qua sơ đồ mặt bằng phân xưởng và danh sách thiết bị được liệt kê dưới đây:

Bảng 1.2 – Danh sách thiết bị của phân xưởng sửa chữa cơ khí

STT Tên thiết bị Số lượng Nhãn máy Pdm 1 máy

BỘ PHẬN SỬA CHỮA CƠ KHÍ VÀ ĐIỆN

3 Máy tiện ren 4 IE6EM 3,2

9 Máy mài tròn vạn năng 1 3130 2,8

STT Tên thiết bị Số lượng Nhãn máy Pdm 1 máy

13 Máy bào giường một trụ 1 MC38 10

18 Máy mài tròn vạn năng 1 312M 2,8

19 Máy mài phẳng có trục đứng 1 373 10

20 Máy mài phẳng có trục nằm 1 371M 2,8

24 Máy ép tay kiểu vít 1 - -

27 Máy mài sắc các dao gọt 1 3A625 2,8

Hình 1.2 – Sơ đồ mặt bằng phân xưởng sửa chữa cơ khí

XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA KHU CÔNG NGHIỆP

TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN

2.1.1 Khái niệm về phụ tải tính toán

Phụ tải tính toán là một số liệu rất cơ bản dùng để thiết kế hệ thống cung cấp điện

Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải thực tế (biến đổi) về mặt hiệu ứng nhiệt lớn nhất Nói một cách khác, phụ tải tính toán cũng làm nóng vật dẫn lên tới nhiệt độ bằng nhiệt độ lớn nhất do phụ tải thực tế gây ra. Như vậy nếu chọn các thiết bị điện theo phụ tải tính toán thì có thể đảm bảo an toàn về mặt phát nóng cho các thiết bị đó trong mọi trạng thái vận hành.

2.1.2 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán

Hiện nay đã có nhiều nghiên cứu về các phương pháp xác định phụ tải tính toán, nhưng các phương pháp được dùng chủ yếu là: a Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu

Một cách gần đúng có thể lấy Pcầu: đ = Pđm

- Pđi, Pđmi: công suất đặt và công suất định mức của thiết bị thứ i ( kW)

- Ptt, Qtt, Stt: công suất tác dụng, phản kháng và toàn phần tính toán của nhóm thiết bị ( kW, kVAR, kVA )

- n: số thiết bị trong nhóm

- Knc : hệ số nhu cầu của nhóm hộ tiêu thụ đặc trưng tra trong sổ tay tra cứu Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, thuận tiện Nhược điểm của phương pháp này là kém chính xác Bởi hệ số nhu cầu tra trong sổ tay là một số liệu cố định cho trước, không phụ thuộc vào chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm.

BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO XÍ NGHIỆP CHẾ TẠO MÁY KÉO b Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất:

- po: suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất (W/m 2 ) Giá trị po đươc tra trong các sổ tay.

Phương pháp này chỉ cho kết quả gần đúng khi có phụ tải phân bố đồng đều trên diện tích sản xuất, nên nó được dùng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, thiết kế chiếu sáng. c Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị thành phẩm:

M : Số đơn vị sản phẩm được sản xuất ra trong một năm

Wo : Suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm ( kWh )

Tmax : Thời gian sử dụng công suất lớn nhất ( giờ )

Phương pháp này được dùng để tính toán cho các thiết bị điện có đồ thị phụ tải ít biến đổi như : quạt gió, máy nén khí, bình điện phân… Khi đó phụ tải tính toán gần bằng phụ tải trung bình và kết quả tính toán tương đối chính xác. d Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số cực đại

Trong đó: n: Số thiết bị điện trong nhóm

Pđmi: Công suất định mức thiết bị thứ i trong nhóm

Kmax: Hệ số cực đại tra trong sổ tay theo quan hệ

Kmax = f (nhq, Ksd) nhq : số thiết bị sử dụng điện có hiệu quả là số thiết bị giả thiết có cùng công suất và chế độ làm việc, chúng đòi hỏi phụ tải bằng phụ tải tính toán của nhóm phụ tải thực tế.( Gồm có các thiết bị có công suất và chế độ làm việc khác nhau )

Công thức để tính nhq như sau:

Pđm: công suất định mức của thiết bị thứ i n: số thiết bị có trong nhóm

Khi n lớn thì việc xác định nhq theo phương pháp trên khá phức tạp do đó có thể xác định nhq một cách gần đúng theo cách sau:

+ Khi thoả mãn điều kiện: và Ksd ≥ 0,4 thì lấy nhq = n

Trong đó Pđm min, Pđm max là công suất định mức bé nhất và lớn nhất của các thiết bị trong nhóm

+ Khi m > 3 và Ksd ≥ 0,2 thì nhq có thể xác định theo công thức sau:

+ Khi m > 3 và Ksd < 0,2 thì nhq được xác định theo trình tự như sau:

Tính n1 - số thiết bị có công suất ≥ 0,5Pđm max

Tính P1- tổng công suất của n1 thiết bị kể trên :

Tính n* = ; P* P: tổng công suất của các thiết bị trong nhóm :

Dựa vào n*, P* tra bảng xác định được nhq* = f (n*,P* )

Cần chú ý là nếu trong nhóm có thiết bị tiêu thụ điện làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại thì phải quy đổi về chế độ dài hạn khi tính nhq theo công thức:

Nhóm 7 – Hệ thống cung cấp điện - 12 - n1 n P1

Kd: hệ số đóng điện tương đối phần trăm.

Cũng cần quy đổi về công suất 3 pha đối với các thiết bị dùng điện 1 pha.

+ Nếu thiết bị 1 pha đấu vào điện áp pha:

+ Thiết bị một pha đấu vào điện áp dây:

Chú ý: Khi số thiết bị hiệu quả bé hơn 4 thì có thể dùng phương pháp đơn giản sau để xác định phụ tải tính toán :

+ Phụ tải tính toán của nhóm thiết bị gồm số thiết bị là 3 hay ít hơn có thể lấy bằng công suất danh định của nhóm thiết bị đó: n: số thiết bị tiêu thụ điện thực tế trong nhóm.

Khi số thiết bị tiêu thụ thực tế trong nhóm lớn hơn 3 nhưng số thiết bị tiêu thụ hiệu quả nhỏ hơn 4 thì có thể xác định phụ tải tính toán theo công thức:

Trong đó : Kt là hệ số tải Nếu không biết chính xác có thể lấy như sau:

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

Kt = 0,75 đối với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. e Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số hình dáng

Công thức tính: Ptt = Khd.Ptb

Stt Trong đó Khd: hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải tra trong sổ tay

Ptb: công suất trung bình của nhóm thiết bị khảo sát

A: điện năng tiêu thụ của một nhóm hộ tiêu thụ trong khoảng thời gian T. f Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và độ lệch trung bình bình phương

Công thức tính: Ptt = Ptb ± β.δ

Trong đó: β: hệ số tán xạ. δ: độ lệch của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình.

Phương pháp này thường được dùng để tính toán phụ tải cho các nhóm thiết bị của phân xưởng hoặc của toàn bộ nhà máy Tuy nhiên phương pháp này ít được dùng trong tính toán thiết kế mới vì nó đòi hỏi khá nhiều thông tin về phụ tải mà chỉ phù hợp với hệ thống đang vận hành. g Xác định phụ tải đỉnh nhọn của nhóm thiết bị

Theo phương pháp này thì phụ tải đỉnh nhọn của nhóm thiết bị sẽ xuất hiện khi thiết bị có dòng khởi động lớn nhất mở máy còn các thiết bị khác trong nhóm làm việc bình thường và được tính theo công thức sau:

Iđn = Ikđ max + Itt – Ksd.Iđm max

Ikđ max - dòng khởi động của thiết bị có dòng khởi động lớn nhất trong nhóm.

Itt - dòng tính toán của nhóm máy.

Iđm max - dòng định mức của thiết bị đang khởi động.

Ksd - hệ số sử dụng của thiết bị đang khởi động.

XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA NHÀ MÁY SẢN XUẤT MÁY KÉO

2.2.1 Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí

2.2.1.1 Phân loại và phân nhóm phụ tải điện trong phân xưởng sửa chữa cơ khí

- Các thiết bị phần lớn đều làm việc ở chế độ dài hạn

- Để phân nhóm phụ tải ta dựa theo nguyên tắc sau:

+ Các thiết bị trong nhóm nên có cùng một chế độ làm việc.

+ Các thiết bị trong nhóm nên gần nhau tránh chồng chéo và giảm chiều dài dây dẫn hạ áp.

+ Công suất các nhóm cũng nên không quá chênh lệch nhóm nhằm giảm chủng loại tủ động lực.

- Căn cứ vào vị trí, công suất của các máy công cụ bố trí trên mặt bằng phân xưởng ta chia ra làm 5 nhóm thiết bị phụ tải như sau :

Bảng 2-1: Bảng phân nhóm thiết bị điện của phân xưởng sửa chữa cơ khí

TT Tên nhóm và tên thiết bị Ký hiệu trên mặt bằng lượng Số Công suất đặt

16 Máy mài tròn vạn năng 1 1 2.8 2.8

29 Máy mài tròn vạn năng (7) 18 1 2.8 2.8

30 Máy mài phẳng có trục đứng 19 1 10 10

31 Máy mài phẳng có trục nằm

34 Máy mài sắc các dao cắt gọt

40 Máy bào giường một trụ 13 1 10 10

2.2.1.2 Xác định phụ tải tính toán của các nhóm phụ tải

(Các gíá trị ksd; cosφ và kmax tra ở phụ lục …….) a Tính toán cho nhóm 1

Bảng 2-2: Danh sách thiết bị thuộc nhóm 1

TT Tên nhóm và tên thiết bị Ký hiệu trên mặt bằng

Số lượng Công suất đặt

Tra phụ lục PL 1.1 TL1 tìm được ksd = 0.2 ; cosφ = 0.6 ta có : n = 14; n1 = 5; mSố thiết bị dùng điện hiệu quả nhq = = 9

Tra hụ lục 1.5 TL1 với ksd = 0.2và nhq = 9 tìm được kmax = 1.9

Phụ tải tính toán nhóm 1:

Tính toán tương tự cho các nhóm phụ tải còn lại

Ta có bảng tổng kết phụ tải điện phân xưởng sửa chữa cơ khí

Bảng 2.3 – Kết quả phân nhóm phụ tải của phân xưởng sửa chữa cơ khí

Tên nhóm và thiết bị Ký hiệu trên bản vẽ

Số lượng P đm; kW m K sd Cosφ/ tgφ n hq K max P tt

Máy mài tròn vạn năng 1 1 2.8

Máy mài tròn vạn năng (7) 18 1 2.8

Máy mài phẳng có trục đứng 19 1 10

Máy mài phẳng có trục nằm (7) 20 1 2.8

Máy mài sắc các dao cắt gọt (8) 27 1 2.8

Máy bào giường một trụ 13 1 10

2.2.1.3 Xác định phụ tải chiếu sáng của phân xưởng sửa chữa cơ khí

Phụ tải chiếu sáng của phân xưởng sửa chữa cơ khí xác định theo phương pháp suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích:

Trong đó : po : suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích (W/m 2 )

F : Diện tích được chiếu sáng (m 2 )

Trong phân xưởng SCCK hệ thống chiếu sáng sử dụng đèn sợi đốt Tra PL 1.7 TL1 ta tìm được po = 14 W/m 2

Phụ tải chiếu sáng của phân xưởng:

Qcs = Pcs.tgφcs = 0 (đèn sợi đốt cosφcs = 0 )

2.2.1.4 Xác định phụ tải tính toán toàn phân xưởng

* Phụ tải tác dụng ( động lực ) của toàn phân xưởng :

Trong đó Kdt là hệ số đồng thời của toàn phân xưởng; lấy Kdt = 0;9

* Phụ tải phản kháng của phân xưởng:

* Phụ tải toàn phần của phân xưởng kể cả chiếu sáng:

Sttpx = Cosφpx = 2.2.2 Xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng khác trong toàn nhà máy

Do chỉ biết trước công suất đặt và diện tích của các phân xưởng nên ở đây ta sử dụng phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu.

2.2.2.1 Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

Một cách gần đúng có thể lấy Pđ = Pđm

- Pđi; Pđmi : công suất đặt và công suất định mức của thiết bị thứ i ( kW)

- Ptt; Qtt; Stt : công suất tác dụng; phản kháng và toàn phần tính toán của nhóm thiết bị ( kW; kVAR; kVA )

- n : số thiết bị trong nhóm

- Knc : hệ số nhu cầu của nhóm hộ tiêu thụ đặc trưng tra trong sổ tay tra cứu

2.2.2.2 Xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng

Việc tính toán cho các phân xưởng là hoàn toàn giống nhau Ta tính một phân xưởng mẫu Lấy phân xưởng mộc làm ví dụ:

Tính toán cho khu quản lý

Công suất đặt 200 kW; diện tích 1953.12 m 2 ;

Tra phụ lục 1.3 TL1 ta có: Knc = 0.8; cosφ = 0.9; tgφ = 0.48 Ở đây ta dùng đèn sợi đốt có cosφcs =1 ; tgφcs = 0

Tra phụ lục 1.2 ta có suất chiếu sáng po = 15 W/m2

Công suất tính toán động lực

Công suất tính toán chiếu sáng:

Qcs = Pcs.tgφcs = = 18.16 kVAr

Công suất tính toán của phân xưởng:

Stt Tính toán tương tự cho các phân xưởng còn lại, ta dùng đèn sợi đốt có cosφcs = 1; tgφcs

= 0 Ta có bảng tổng kết sau đây:

Bảng 2.4 - Kết quả tính toán phụ tải các phân xưởng

TT Tên Phân xưởng P đ (kW) K nc Cosφ/ tgφ F

2 px gia công cơ khí 3600 0.6 0.7 3256.04 15 2160 48.8406 2208.8406 2203.641 3120.098

XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA TOÀN NHÀ MÁY

* Phụ tải tính toán tác dụng của toàn nhà máy:

Trong đó : Kdt hệ số đồng thời lấy bằng 0;85

Pttpxi phụ tải tính toán của các phân xưởng dã xác định được ở trên

Phụ tải tính toán phản kháng của toàn nhà máy:

Phụ tải tính toán toàn phần của toàn nhà máy:

Sttnm Hệ số công suất của toàn nhà máy : cosφnm

BIỂU ĐỒ PHỤ TẢI CỦA CÁC PHÂN XƯỞNG VÀ NHÀ MÁY

Tâm phụ tải điện là điểm thhoả mãn điều kiện momen phụ tải đạt giá trị cực tiểu → Min

Pi và li là công suất và khoảng cách của phụ tải thứ I đến tâm phụ tải Để xác định toạ độ của tâm phụ tải có thể sử dụng các biểu thức sau:

Trong đó xo; yo ; zo toạ độ của tâm phụ tải điện xi ; yi ; zi toạ độ của phụ tải thứ I tính theo một hệ trục toạ độ XYZ tuỳ chọn

Si công suất của phụtải thứ i

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

2.4.2 Biểu đồ phụ tải điện:

Biểu đồ phụ tải điện là một vòng tròn vẽ trên mặt phẳng; có tâm trùng với tâm của phụ tải điện; có diện tích tương ứng với công suất của phụ tải theo tỷ lệ xích nào đó tuỳ chọn Biểu đồ phụ tải điện cho phép người thiết kế hình dung được sự phân bố phụ tải trong phạm vi khu vực cần thiết kế; từ đó có cơ sở để lập các phương án cung cấp điện Biểu đồ phụ tải điện dược chia thành hai phần : Phần phụ tải động lực ( phần hình quạt gạch chéo ) và phần phụ tải chiếu sáng ( phần hình quạt để trắng ). Để vẽ dược biểu đồ phụ tải cho các phân xưởng; ta coi phụ tải của các phân xưởng phân bố đều theo diện tích phân xưởng nên tâm phụ tải có thể lấy trùng với tâm hình học của phân xưởng trên mặt bằng.

Bán kính biểu đồ phụ tải của phụ tải thứ i được xác định qua biểu thức:

Trong đó: m là tỉ lệ xích ; ở đây chọn m = 3 kVA/ mm 2

Góc của phụ tải chiếu sáng nằm trong biểu đồ dược xác định theo công thức sau:

Kết quả tính toán Ri và αcsi của biểu đồ phụ tải các phân xưởng trong bảng sau:

Bảng 2.5- Bán kính R và góc chiếu sáng của biểu đồ phụ tải các phân xưởng

T T Tên phân xưởng P cs kW P tt kW S tt kVA

Tâm phụ tải R mm α cs o x mm Y mm

2 px gia công cơ khí 48.84 2208.84 3120.10 30.56 74.7 7.88 7.96

Tâm phụ tải tính toán: ;

Biểu đồ phụ tải của toàn nhà máy

Hình 2.1- Biểu đồ phụ tải các phân xưởng

THIẾT KẾ MẠNG CAO ÁP CỦA NHÀ MÁY

ĐẶT VẤN ĐỀ

Việc lựa chọn sơ đồ cung cấp điện ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật của hệ thống Một sơ đồ cung cấp điện được coi là hợp lý phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản 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 nhu cầu tăng trưởng của phụ tải trong tương

6 Đảm bảo các chỉ tiêu về mặt kinh tế.lai.

Trình tự tính toán thiết kế mạng 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 ápvà lựa chọn tiết diện các đường dây cho các phương án.

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

4 Thiết kế chi tiết cho phương án được chọn.

VẠCH CÁC PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

Trước khi vạch ra các phương án cụ thể cần lựa chọn cấp điện áp hợp lý cho đường dây tải điện từ hệ thống về nhà máy Biểu thức kinh nghiệm để lựa chọn cấp điện áp truyền tải:

P - công suất tính toán của nhà máy (kW) l - khoảng cách từ trạm biến áp trung gian về nhà máy (km) Như vậy cấp điện áp hợp lý để truyền tải điện năng về nhà máy sẽ là:

Trạm biến áp trung gian có các cấp điện áp ra là 35 kV và 22 kV Từ kết quả tính toán ta chọn cấp điện áp để cung cấp cho nhà máy là 35 kV Căn cứ vào vị trí, công suất và yêu cầu cung cấp điện của các phân xưởng có thể đưa ra các phương pháp cung cấp điện:

3.2.1 Phương án về các trạm biến áp phân xưởng:

Nguồn 35kV từ hệ thông về qua TBATT được hạ xuống điện áp 10kV để cung cấp cho các TBA phân xưởng

 Ưu điểm: Giảm được vốn dầu tư mạng điện cao áp của nhà máy và các TBA phân xưởng, vận hành thuận lợi và độ tin cậy cung cấp điện cải thiện.

 Nhược điểm: phải xây dựng TBATT, gia tăng tổn thất trong mạng cao áp.

Do nhà máy thuộc phụ tải loại I nên TBATT cần phải đặt 2 MBA với công suất chọn theo điều kiện: kVA

Vậy MBA trung gian cần chọn có :

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

1 Vị trí đặt TBA, phải thoả mãn các yêu cầu gần tâm phụ tải : thuận tiện cho việc 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 vào căn cứ vào yêu cầu cung cấp điện của phụ tải: điều kiện vận chuyển và lắp đặt; chế độ làm việc của phụ tải Trong mọi trường hợp TBA chỉ đặt 1 M BA sẽ là kinh tế và thuận lợi cho việc vận hành, song độ tin cậy cung cấp điện không cao Các TBA cung cấp cho hộ loại I và loại II chỉ nên đặt 2MBA, hộ loại III có thể đặt 1 MBA

3 Dung lượng các MBA được chọn theo điều kiện: và kiểm tra theo điều kiện sự cố một MBA (trong trạm có nhiều hơn 1 MBA):

Trong đó: n - số máy biến áp có trong TBA,

- hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường, ta chọn loại máy biến áp chế tạo ở Việt Nam nên không cần hiệu chỉnh nhiệt độ, khc = 1,

- hệ số quá tải sự cố, kqt = 1,4 nên thoả mãn điều kiện MBA vận hành quá tải không quá 5 ngày đêm, thời gian quá tải trong một ngày đêm không quá 6h và trước khi quá tải MBA vận hành với hệ số tải < 0,93.

- công suất tính toán sự cố Khi sự cố một MBA có thể loạt bỏ 1 số phụ tải không quan trọng để giảm nhẹ dung lượng của các MBA, nhờ vậy có thể giảm nhẹ được vốn đầu tư và tổn thất của trạm trong trạng thái làm vịêc bình thường Giả thiết trong các hộ loại I có 30% là phụ tải loại III nên = 0,7. Đồng thời cũng cần hạn chế chủng loại MBA dùng trong nhà máy để tạo điều kiện thuận lợi cho việc mua sắm, lắp đặt, vận hành, sửa chữa, thay thế.

Bảng 3.1 Phụ tải của nhà máy sản xuất máy kéo

STT Tên phân xưởng Công suất đặt

( kW) Loại hộ tiêu thụ

1 Khu nhà phòng ban quản lý và xưởng thiết kế 200 III

2 PX gia công cơ khí 3600 I

6 PX sửa chữa cơ khí Theo tính toán III

9 Bộ phận nén khí 1700 III

12 Chiếu sáng phân xưởng Theo diện tích

Có 2 phương án lựa chọn trạm biến áp phân xưởng như sau:

Phương án I: Chọn 8 trạm biến áp phân xưởng như sau:

B1: Khu nhà phòng ban quản lý và xưởng thiết kế + PX gia công cơ khí

B3: PX luyện kim màu + PX sửa chữa cơ khí

B6: PX nhiệt luyện + Kho vật liệu

Phương án II: Chọn 7 trạm biến áp phân xưởng như sau:

B1: Khu nhà phòng ban quản lý và xưởng thiết kế + PX luyện kim màu

B2: PX gia công cơ khí

B3: PX cơ lắp ráp + Trạm bơm

B6: PX sửa chữa cơ khí + PX nhiệt luyện + Kho vật liệu

3.2.2 Xác định MBA cho các trạm biến áp phân xưởng:

Phương án I: Chọn 8 trạm biến áp phân xưởng như sau:

B1: Khu nhà phòng ban quản lý và xưởng thiết kế + PX gia công cơ khí

B3: PX luyện kim màu + PX sửa chữa cơ khí

B6: PX nhiệt luyện + Kho vật liệu

Cấp điện cho phụ tải 0.4kV của phân xưởng gia công cơ khí và khu nhà phòng ban quản lý và xưởng thiết kế, bố trí 2 MBA làm việc song song.

Ta chọn MBA có dung lượng 1800 kVA.

Kiểm tra lại dung lượng của MBA khi xảy ra sự cố với 1MBA.

Do khi xảy ra sự cố ta có thể cắt bớt các phụ tải loại III không quan trọng chiếm 30% phụ tải của phân xưởng.

Vậy dung lượng của MBA đã chọn là hợp lý.

Cấp điện cho phụ tải 0.4kV cho phân xưởng cơ lắp ráp trạm bố trí 2MBA làm việc song song.

Ta chọn MBA có dung lượng 1000 kVA

Kiểm tra lại dung lượng của MBA khi xảy ra sự cố với 1MBA

Vậy dung lượng MBA đã chọn là hợp lý.

Cấp điện cho phụ tải 0.4kV cho phân xưởng luyện kim màu và phân xưởng sửa chữa cơ khí, trạm bố trí 2MBA làm việc song song.

Ta chọn dung lượng của MBA là 1000 kVA

Cấp điện cho phân xưởng luyện kim đen, trạm bố trí 2MBA làm việc song song.

Cấp điện cho phụ tải 0.4kV cho phân xưởng rèn dập, trạm bố trí 2MBA làm việc song song

Cấp điện cho phụ tải 3kV cho phân xưởng cán nhiệt luyện và kho vật liệu, trạm bố trí 2MBA làm việc song song

Do khi xảy ra sự cố ta có thể cắt bớt các phụ tải loại III không quan trọng chiếm 30% phụ tải của phân xưởng

Cấp điện cho phụ tải 0.4 kV cho bộ phận nén khí, trạm bố trí 1 MBA làm việc

Ta chọn dung lượng của MBA là 1600 kVA.

Cấp điện cho phụ tải 0.4 kV cho trạm bơm, trạm bố trí 2 MBA làm việc

Kiểm tra lại dung lượng của MBA khi xảy ra sự cố với 1 MBA

Ta thu được kết quả cho ở bảng sau:

Bảng 3.2- Kết quả chọn MBA cho các trạm biến áp phân xưởng (Phương án I)

Phân xưởng Phụ tải tính toán PX Phụ tải tính toán TBAPX Chọn công suất

Khu nhà phòng ban quản lý và xưởng thiết kế 1 189.29 95.64 2398.13 2299.28 3322.31 B1 1800 2

PX gia công cơ khí 2 2208.84 2203.64

PX sửa chữa cơ khí 6 126.91 119.12

Phương án II: Chọn 7 trạm biến áp phân xưởng như sau:

B1: Khu nhà phòng ban quản lý và xưởng thiết kế + PX luyện kim màu

B2: PX gia công cơ khí

B3: PX cơ lắp ráp + Trạm bơm

B6: PX sửa chữa cơ khí + PX nhiệt luyện + Kho vật liệu

Cấp điện cho phụ tải 0.4kV của phân xưởng luyện kim màu và khu nhà phòng ban quản lý và xưởng thiết kế, bố trí 2 MBA làm việc song song.

Cấp điện cho phụ tải 0.4kV của phân xưởng gia công cơ khí, bố trí 2 MBA làm việc song song.

Cấp điện cho phụ tải 0.4kV của phân xưởng cơ lắp ráp và trạm bơm, bố trí 2 MBA làm việc song song.

Cấp điện cho phụ tải 0.4kV của phân xưởng luyện kim đen, bố trí 2 MBA làm việc song song.

Cấp điện cho phụ tải 0.4kV của phân xưởng rèn dập, bố trí 2 MBA làm việc song song.

Ta chọn MBA có dung lượng 1000 kVA.

Cấp điện cho phụ tải 0.4kV của phân xưởng sửa chữa cơ khí, Phân xưởng nhiệt luyện và kho vật liệu, bố trí 2 MBA làm việc song song.

Cấp điện cho phụ tải 0.4 kV cho bộ phận nén khí, trạm bố trí 1 MBA làm việc:

Ta thu được kết quả cho ở bảng sau:

Bảng 3.3- Kết quả chọn MBA cho các trạm biến áp phân xưởng (Phương án II)

Phân xưởng Phụ tải tính toán PX Phụ tải tính toán TBAPX Chọn công suất

Khu nhà phòng ban quản lý và xưởng thiết kế 1 189.29 95.64 1328.71 1197.46 1788.68 B1 1000 2

PX gia công cơ khí 2 2208.84 2203.64 2208.84 2203.64 3120.1 B2 1600 2

PX sửa chữa cơ khí 6 126.91 119.12

3.2.3 Xác định vị trí các trạm biến áp phân xưởng:

Trong các trạm nhà máy thường sử dụng các kiểu trạm biến áp phân xưởng:

* Các trạm biến áp cung cấp cho một phân xưởng có thể dùng loại liền kề có một tường của trạm chung với tường của phân xưởng nhờ vậy tiết kiệm được vốn xây dựng và ít ảnh hưởng đến các 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 thận lợi song về mặt an toàn khi có sự cố trong trạm không cao.

* Các trạm biến áp dùng chung cho nhiều phân xưởng nên đặt gần tâm phụ tải; nhờ vậy có thể đưa điện áp cao tới gần hộ tiêu thụ điện và rút ngắn khá nhiều chiều dài mạng phân phối cao áp của xí nghiệp cũng như mạng hạ áp phân xưởng; giảm chi phí kim loại màu và giảm tổn thất Cũng vì vậy nên dùng trạm độc lập tuy nhiên vốn đầu tư xây dựng trạm sẽ gia tăng.

Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể có thể lựa chọn một trong cá loại trạm biến áp đã nêu Để đảm bảo an toàn cho người cũng như thiết bị; đảm bảo mỹ quan công nghiệp ở đây sẽ dùng loại trạm xây đặt gần tâm phụ tải; gần các trục giao thông trong nhà máy; song cũng cần phải tính đến khả năng phát triển và mở rộng sản xuất. Để lựa chọn được vị trí đặt các TBA phân xưởng cần xác định tâm phụ tải của các các phân xưởng hay nhóm phân xưởng được cung cấp điện từ các TBA đó.

Kết quả xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng của mỗi phương án được thể hiện ở bảng sau:

Phương án I: Chọn 8 trạm biến áp phân xưởng:

Bảng 3.4 - Kết quả xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng (phương án I):

Tên Trạm Vị trí đặt

Phương án II: Chọn 7 trạm biến áp phân xưởng:

Bảng 3.5 - Kết quả xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng (phương án II):

Tên Trạm Vị trí đặt

PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN CHO CÁC TRẠM BIẾN ÁP PHÂN XƯỞNG

3.3.1 Các phương án cung cấp điện cho trạm biến áp phân xưởng:

Hình 3.1 Các kiểu sơ đồ cung cấp điện

3.3.1.1 Kiểu sơ đồ có trạm biến áp trung tâm (H-a):

Với loại sơ đồ này thì điện lấy từ hệ thống (điện áp 35 kV) vào trạm biến áp trung tâm đặt ở trọng tâm (hoặc gần trọng tâm) của nhà máy và được biến đổi xuống cấp điện áp nhỏ hơn là 10 kV hoặc 6 kV để tiếp tục đưa đến các trạm biến áp phân xưởng.

*) Ưu điểm của sơ đồ:

- Có độ tin cậy cấp điện khá cao

- Chi phí cho các thiết bị không lớn (giảm vốn đầu tư cho mạng điện cao áp trong nhà máy cũng như các trạm biến áp phân xưởng)

*) Nhược điểm của sơ đồ:

- Số lượng của thiết bị sẽ nhiều do lắp đặt trạm biến áp trung tâm

- Đầu tư xây dựng trạm biến áp trung tâm.

- Gia tăng tổn thất trong mạng cao áp của Nhà Máy.

Loại sơ đồ này thường được áp dụng trong các trường hợp nhà máy có các phân xưởng đặt tương đối gần nhau và ở xa hệ thống.

3.3.1.2 Kiểu sơ đồ không có trạm phân phối trung tâm (sơ đồ dẫn sâu H-b):

Với loại sơ đồ này thì điện được lấy từ hệ thống về đến tận trạm biến áp phân xưởng sau đó sẽ hạ cấp xuống 0;4 kV để dùng trong các phân xưởng

*) Ưu điểm của sơ đồ :

- Nâng cao năng lực truyền tải của lưới

- Độ tin cậy cung cấp điện không cao; muốn năng độ tin cậy cung cấp điện thì phải tốn kém nhiều kinh phí

- Các thiết bị sử dụng trong sơ đồ giá thành đắt và yêu cầu trình độ vận hành phải cao. Loại sơ đồ này áp dụng cho các nhà máy có các phân xưởng có công suất lớn và được bố trí tương đối tập trung nên ở đây ta không xét đến phương án này.

3.3.1.3 Kiểu sơ đồ sử dụng trạm phân phối trung tâm (H-c;d):

Với loại sơ đồ này thì điện được lấy từ hệ thống cung cấp cho các trạm biến áp phân xưởng thông qua TPPTT Tại trạm biến áp phân xưởng điện áp được hạ cấp xuống 0;4 kV để dùng cho các thiết bị trong phân xưởng

*) Ưu điểm của sơ đồ :

- Việc quản lý; vận hành mạng điện cao áp của nhà máy được thuận lợi.

- Độ tin cậy cung cấp điện được đảm bảo.

- Đầu tư cho mạng cao áp khá lớn

- Các thiết bị sử dụng trong sơ đồ giá thành đắt và yêu cầu trình độ vận hành phải cao. Loại sơ đồ này thương áp dụng cho các nhà máy có các phân xưởng công suất lớn và khi điện áp nguồn không cao.

3.3.2 Xác định vị trí đặt trạm biến áp trung gian; trạm phân phối trung tâm của nhà máy:

Dựa vào hệ trục tọa độ XOY đã chọn có thể xác định được tâm phụ tải điện của nhà máy :

Vị trí tốt nhất để đặt TBATG hay TPPTT có tọa độ là M(66.28;42.59) theo vị trí nhà xưởng.

3.3.3 Lựa chọn phương án nối dây của mạng cao áp:

Nhà máy thuộc hộ loại І nên ta dùng đường dây kép từ KCN đến nhà máy.

Do tính chất quan trọng của các phân xưởng nên mạng cao áp trong nhà máy nên ta dùng sơ đồ hình tia Với phân xưởng loại 1 ta dùng lộ kép; với phân xưởng thuộc hộ loại 3 ta dùng đường dây đơn Sơ đồ loại này có nhiều ưu điểm là sơ đồ đấu dây rõ ràng; các trạm biến áp phân xưởng được cấp điện từ một đường dây riêng nên ít ảnh hưởng lẫn nhau; độ tin cậy cung cấp điện tương đối cao; dễ thực hiện bảo vệ và tự động hóa; dễ vận hành Các đường cáp cao áp đều được đặt trong các đường xây riêng trong đất dọc theo các tuyến giao thông nội bộ.

Từ phân tích trên ta đưa ra 4 phương án thiết kế mạng cao áp của nhà máy được trình bày trên hình vẽ:

Hình 3.2 – Các phương án thiết kế mạng cao áp

TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT CHO CÁC PHƯƠNG ÁN

Để so sánh kinh tế kỹ thuật giữa các phương án ta dùng hàm chi phí vòng đời:

- V: là tổng vốn đầu tư bao gồm các vốn đầu tư về:

+ Đường dây ( chủ yếu xét phía cao áp của nhà máy + Trạm biến áp

- Cvh: là chi phí vận hành hàng năm được tính theo biểu thức:

Cvh= Cbd+Ckh+CE+Cmđ+Cnc+Cphụ

+ Cbd: chi phí về tu sửa bảo dưỡng

Cbq = kbq.V với kbq– hệ số bảo quản + Ckh: chi phí về khấu hao

Ckh= kkh.V với kkh là hệ số khấu hao + CE: chi phí tổn thất về điện

CE = CP+CA=αP.P+αA.A Với P; A là tổn thất công suất tác dụng và tổn thất điện năng αP; αA là giá 1kW.đồng; 1kWh.đồng + Cmđ: tổn thất kinh tế do mất điện

+ Cnc: chi phí về lương cán bộ và nhân công vận hành + Cphụ: chi phí phụ khác như làm mát; sưởi ấm…

Trong khi thiết kế có thể giả thiết Cbd; Ckh; Cnc; Cphụ; Cmđ là như nhau trong các phương án nên có thể bỏ qua Cp chỉ xét khi phụ tải rất lớn trong trường hợp này ta cũng bỏ qua.

Trong đó: - CA0 : chi phí về tổn thất điện năng năm 0.

- T: thời gian vận hành của công trình (T0 năm).

- j: năm vận hành của công trình.

Phương án 1 sử dụng trạm biến áp trung gian (TBATG) nhận điện 35 kV từ hệ thống về ; hạ xuống điện áp 10 kV sau đó cung cấp cho các trạm biến áp phân xưởng Các trạm biến áp phân xưởng hạ từ cấp 10 kV xuống 0;4 kV để cấp điện cho các phụ tải trong phân xưởng.

Hình 3.3- Sơ đồ phương án 1

1.Chọn máy biến áp phân xưởng và xác định tổn thất điện năng trong các trạm biến áp * Chọn MBA phân xưởng:

Trên cơ sở chọn được công suất MBA ở phần 3.2.1 ta có bảng kết quả chọn MBA cho các trạm biến áp phân xưởng:

Bảng 3.6 – Các thông số và vốn đầu tư máy biến áp trong phương án 1

(kW) U N % Số máy Đơn giá ( đ) Thành tiền( đ)

Tổng vốn đầu tư TBA, Kb 3449.2

Các MBA được đặt hàng sản xuất tại Việt Nam nên không cần phải hiệu chỉnh nhiệt độ.

* Xác định tổn thất điện năng trong các TBA:

BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO XÍ NGHIỆP CHẾ TẠO MÁY KÉO ΔA = n.ΔPo.t +

Trong đó : n - số MBA làm việc song song. t - thời gian MBA vận hành; với MBA vận hành suốt năm t = 8760 h

- thời gian tổn thất công suất lớn nhất; với nhà máy chế tạo máy kéo có

= (0;124 + 10 – 4 Tmax) 2 8760 = 2405.29 h ΔPo, ΔPN - tổn thất công suất không tải và tổn thất công suất ngắn mạch trong MBA.Stt - công suất tính toán của trạm biến áp.

SdmB - công suất định mức của MBA.

Tính tổn thất điện năng cho trạm biến áp trung gian

SdmB = 6300 kVA 6300 ΔPo = 6.63 kW 6.63 ΔPN = 40 kW

Ta có : kWhTính toán tương tự cho các TBA khác; kết quả tính toán cho trong bảng sau

Bảng 3.7 - Kết quả tính toán tổn thất điện năng trong các TBA phương án 1

TBA Tên Số máy Stt

(kVA) P0 (kW) Pn (kW) Ab(kWh)

Tổng tổn thất điện năng 808042.3254

2.Chọn dây dẫn và xác định tổn thất công suất; tổn thất điện năng trong mạng điện:

* Chọn cáp từ TBATG về các TBA phân xưởng

Loại cáp cao áp sử dụng ở đây là cáp 3 lõi cách điện XLPE, đai thép, PVC do hãng FURUKAWA sản xuất.

Tiết diện kinh tế của cáp:

BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO XÍ NGHIỆP CHẾ TẠO MÁY KÉO mm Dòng điện làm việc cực đại qua một sợi cáp :

Dựa vào trị số Fkt tính được; tra bảng lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp gần nhất.

FP mm2; Icp 0 A Kiểm tra tiết diện đã chọn theo điều kiện phát nóng:

Isc – dòng điện qua cáp khi sự cố đứt 1 dây Isc = 2 Imax khc - hệ số hiệu chỉnh khc = k1.k2 k1 - hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ k1 = 1 k2 - hệ số hiệu chỉnh về số dây cáp cùng đặt trong một rãnh Theo PL VI.11 TL1 ta có k2 = 1, bỏ qua hệ số hiệu chỉnh.

Vì chiều dài từ TBATG tới các TBA ngắn nên tổn thất điện áp nhỏ ta có thể bỏ qua không cần kiểm tra lại theo điều kiện tổn thất điện áp ΔUcp.

* Chọn cáp từ TBATG tới TBA B1

Dòng điện cực đại qua cáp

Tiết diện kinh tế của cáp

Tra bảng phụ lục chọn cáp tiêu chuẩn gần nhất là 50 ,cáp đồng 3 lõi, cách điện XLPE do FURUKAWA sản suất với 0A

 Kiểm tra theo điều kiện phát nóng

Do cáp đã chọn không thỏa mãn điều kiện phát nóng nên ta tăng kích thước của cáp lên 70 có %0 A

Vậy chọn cáp XLPE có tiết diện 70

* Chọn cáp từ B1 đến khu nhà phòng ban quản lý và xưởng thiết kế (dùng lộ đơn)

Dòng điện cực đại qua cáp Điều kiện chọn cáp Chọn loại cáp đồng hạ áp 4 lõi cách điện PVC do hãng LENS sản xuất, tiết diện 120 , loại 4G120 có 43A

* Chọn cáp từ B3 đến phân xưởng sửa chữa cơ khí (dùng lộ đơn)

Dòng điện cực đại qua cáp Điều kiện chọn cáp Chọn loại cáp đồng hạ áp 4 lõi cách điện PVC do hãng LENS sản xuất, tiết diện 95 , loại 4G95 có '0A

* Chọn cáp từ B6 đến kho vật liệu (dùng lộ đơn)

Dòng điện cực đại qua cáp Điều kiện chọn cáp Chọn loại cáp đồng hạ áp 4 lõi cách điện PVC do hãng LENS sản xuất, tiết diện 25 , loại 4G25 có 4A

Ta có kết quả tính toán chọn tiết diện cáp cao áp như sau:

Bảng 3.8- Kết quả chọn cáp cao áp của phương án 1

Phương án 1 Đường cáp Stt

TBATT-B1 3322.31 95.91 30.94 2(3*70) 250 310 208 128960 TBATT-B2 1725.83 49.82 16.07 2(3*25) 140 279 125 69750 TBATT-B3 1758.33 50.76 16.37 2(3*25) 140 162 125 40500 TBATT-B4 2194.71 63.36 20.44 2(3*25) 140 189 125 47250 TBATT-B5 1842.74 53.20 17.16 2(3*25) 140 283.5 125 70875 TBATT-B6 2853.71 82.38 26.57 2(3*50) 200 454.5 174 158166 TBATT-B7 1512.93 87.35 28.18 1(3*25) 140 378 125 47250 TBATT-B8 695.77 20.09 6.48 2(3*25) 140 378 125 94500

Tổng vốn đầu tư đường dây :Kd 720979.25

3 Xác định tổn thất công suất tác dụng trên đường dây:

Công thức xác định tổn thất công suất tác dụng trên đường dây: ΔP = ( kW).

R n - số đường dây đi song song

- Tổn thất ΔP trên đoạn cáp từ TBATG – B1 :

Tính toán tương tự cho các đường dây khác ta có kết quả:

Bảng 3.9 - Tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây của phương án 1

TBATT-B1 2(3*70) 310 0.268 0.04154 3322.31 4.585079 TBATT-B2 2(3*25) 279 0.727 0.101417 1725.83 3.020679 TBATT-B3 2(3*25) 162 0.727 0.058887 1758.33 1.820624 TBATT-B4 2(3*25) 189 0.727 0.068702 2194.71 3.309181 TBATT-B5 2(3*25) 283.5 0.727 0.103052 1842.74 3.499336 TBATT-B6 2(3*50) 454.5 0.387 0.087946 2853.71 7.162004 TBATT-B7 1(3*50) 378 0.387 0.146286 1512.93 3.348424 TBATT-B8 2(3*25) 378 0.727 0.137403 695.77 0.665162

Tổng tổn thất công suất 47.08534

* Xác định tổn thất điện năng trên đường dây:

Tổn thất điện năng trên đường dây được tính theo công thức

(h)là thời gian tổn thất công suất lớn nhất kWh

4 Vốn đầu tư mua máy cắt điện trong mạng điện cao áp của phương án 1:

Trong đó n: số máy cắt trong mạng cần xét đến

Hình 3.4 Sơ đồ trạm biến áp trung tâm phương án 1

Tổng có 18 máy cắt 10kV và 2 máy cắt 35kV ở các vị trí sau:

 15 máy cắt cấp điện đặt tại đầu 7 lộ đường dây kép và 1 lộ đường dây đơn cho các TBA phân xưởng.

 1 máy cắt phân đoạn thanh góp 10kV ở TBATT

 2 máy cắt 10kV phía hạ áp 2 MBA trung tâm

 2 máy cắt 35kV ở phía cao áp MBA trung tâm

Vốn đầu tư mua máy cắt là: đ

5 Chi phí vòng đời của phương án 1:

* Khi tính toán vốn đầu tư xây dựng mạng điện ở đây ta chỉ tính đến giá thành cáp; MBA và máy cắt điện khác nhau của các phương án (V =VB + VD + VMC). những phần giống nhau được bỏ qua để giảm nhẹ khối lượng tính toán.

* Tổn thất điện năng trong các phương án bao gồm tổn thất điện năng trong các trạm biến áp và tổn thất điện năng trong các đường dây: ΔA = ΔAB + ΔAD

* Chi phí vòng đời của phương án 1:

 Tổng tổn thất điện năng trong các trạm biến áp và đường dây:

 Chi phí tính toán cho phương án 1:

- K: Vốn đầu tư cho trạm biến áp và đường dây

- C: Giá tiến điện năng (đ/kWh)

- : Tổn thất điện năng hàng năm

Phương án 2 sử dụng trạm biến áp trung gian (TBATG) nhận điện 35 kV từ hệ thống về ; hạ xuống điện áp 10 kV sau đó cung cấp cho các trạm biến áp phân xưởng Các trạm biến áp phân xưởng hạ từ cấp 10 kV xuống 0;4 kV để cấp điện cho các phụ tải trong phân xưởng.

Hình 3.5 - Sơ đồ phương án 2

1 Chọn MBA phân xưởng và xác định tổn thất điện năng ΔA trong các TBA

Tính toán tương tự như ở phương án 1 ta có các kết quả sau:

Phương án 2 TBA Tên S dm

(kW) U N % Số máy Đơn giá ( đ) Thành tiền

Tổng vốn đầu tư TBA, Kb 3290

Xác định tổn thất điện năng trong các trạm biến áp:

Tính tổn thất TBA trung gian

Phương án 2 TBA Tên Số máy Stt

2 Chọn đây dẫn và xác định tổn thất công suất; tổn thất điện năng trong mạng điện:

TBATT-B1 1788.68 51.63 16.656 2(3*25) 140 310 125 77500 TBATT-B2 3120.1 90.07 29.054 2(3*50) 200 279 174 97092 TBATT-B3 2418.75 69.82 22.523 2(3*35) 170 162 145 46980 TBATT-B4 2194.71 63.36 20.437 2(3*25) 140 189 125 47250 TBATT-B5 1842.74 53.20 17.16 2(3*25) 140 283.5 125 70875 TBATT-B6 3019.64 87.17 28.12 2(3*50) 200 454.5 174 158166 TBATT-B7 1512.93 87.35 28.177 2(3*25) 140 378 125 47250

Tổng tổn thất điện năng trên các đường dây trong phương án II: kWh

3 Vốn đầu tư mua máy cắt điện trong mạng cao áp của phương án II :

 1 máy cắt phân đoạn thanh góp 10kV ở TBATT

 2 máy cắt 10kV phía hạ áp 2 MBA trung tâm

 2 máy cắt 35kV ở phía cao áp MBA trung tâm

4 Chi phí vòng đời của phương án II :

 Tổng tổn thất điện năng trong mạng cao áp: kWh

 Chi phí tính toán cho phương án 2: đ

Phương án này sử dụng trạm PPTT nhận điện từ hệ thống về cấp cho trạm biến áp phân xưởng Các trạm biến áp B1; B2; B3; B4; B5;B6;B7;B8 hạ từ cấp 35 kV xuống cung cấp cho các phân xưởng Các đường đi dây cáp là độc lập với nhau.

Bảng 3.14– Các thông số và vốn đầu tư máy biến áp trong phương án 3

BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO XÍ NGHIỆP CHẾ TẠO MÁY KÉO cBảng 3.15 - Kết quả tính toán tổn thất điện năng trong các TBA phương án 3

PPTT-B1 3322.31 95.9068 30.937 2(3*70) 255 310 337 208940 PPTT-B2 1725.83 49.82 16.071 2(3*50) 205 279 282 157356 PPTT-B3 1758.33 50.7586 16.373 2(3*50) 205 162 282 91368 PPTT-B4 2194.71 63.3558 20.437 2(3*50) 205 189 282 106596 PPTT-B5 1842.74 53.195 17.159 2(3*50) 205 283.5 282 159894 PPTT-B6 2853.71 82.3795 26.574 2(3*50) 205 454.5 282 256338 PPTT-B7 1512.93 87.349 28.177 1(3*50) 205 378 282 106596 PPTT-B8 695.77 20.085 6.479 2(3*50) 205 378 282 213192

Tổng tổn thất điện năng trên các đường dây trong phương án III: kWh

3 Vốn đầu tư mua máy cắt điện trong mạng cao áp của phương án II :

 1 máy cắt phân đoạn thanh góp 35kV ở TPPTT

 2 máy cắt 35kV đặt vào 2 TPPTT của 2 lộ đường dây trên không

4 Chi phí vòng đời của phương án III :

 đTổng tổn thất điện năng trong mạng cao áp: kWh

Phương án này sử dụng trạm PPTT nhận điện từ hệ thống về cấp cho trạm biến áp phân xưởng Các trạm biến áp B1; B2; B3; B4; B5; B6;B7 hạ từ cấp 35 kV xuống cung cấp cho các phân xưởng Các đường đi dây cáp là độc lập với nhau.

PPTT-B1 1788.68 51.634 16.656 2(3*50) 205 310 125 174840 PPTT-B2 3120.1 90.069 29.054 2(3*50) 205 279 174 157356 PPTT-B3 2418.75 69.823 22.523 2(3*50) 205 162 145 91368 PPTT-B4 2194.71 63.355 20.437 2(3*50) 205 189 125 106596 PPTT-B5 1842.74 53.195 17.16 2(3*50) 205 283.5 125 159894 PPTT-B6 3019.64 87.17 28.12 2(3*50) 205 454.5 174 256338 PPTT-B7 1512.93 87.35 28.177 2(3*50) 205 378 125 106596

Tổng tổn thất điện năng trên các đường dây trong phương án IV: kWh

3 Vốn đầu tư mua máy cắt điện trong mạng cao áp của phương án IV:

Tổng có 16 máy cắt 35kV ở các vị trí sau:

 1 máy cắt phân đoạn thanh góp 35kV ở TPPTT

 2 máy cắt 35kV đặt vào 2 TPPTT của 2 lộ đường dây trên không

4 Chi phí vòng đời của phương án IV :

 Tổng tổn thất điện năng trong mạng cao áp: kWh

Từ đó ta có bảng tổng kết kết quả tính toán

BẢNG SO SÁNH CHI TIÊU KINH TẾ CHO CÁC PHƯƠNG ÁN

Bảng 3.22 - Tổng hợp chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của các phương án.

Phương án Vốn đầu tư

Tổn thất điện năng (kWh)

Chi phí tính toán (10^6đ) Phương án 1 6651.179 937963.3097 2698.826182

Từ kết quả tính toán ta thấy phương án IV là phương án tối ưu vì có vốn đầu tư và chi phí vòng đời nhỏ nhất; mặt khác tổn thất điện năng cũng rất nhỏ.vì thế ta sử dụng phương án IV làm phương án để thiết kế mạng cao áp cho nhà máy.

Hệ thống cung cấp điện - 1 -

3.6 THIẾT KẾ CHI TIẾT MẠNG CAO ÁP CỦA NHÀ MÁY

3.6.1 Chọn dây dẫn từ trạm biến áp trung tâm của khu công nghiệp về trạm phân phối trung tâm Đường dây cung cấp từ TBATG về TPPTT dài 12 km sử dụng đường dây trên không, lộ kép, dây nhôm lõi thép Tiết diện dây được lựa chọn theo mật độ dòng điện kinh tế.

Với nhà máy chế tạo máy kéo có h, tra bảng ta có A/

Dòng điện tính toán chạy trên 1 lộ:

A Tiết diện kinh tế của đường dây trên không:

Tra bảng, ta chọn dây có tiết diện gần nhất là dây AC-95 có Kiểm tra dây đã chọn theo điều kiện phát nóng:

Do đường dây truyền tải công suất lớn trên khoảng cách xa do vậy cần kiểm tra dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp:

Với dây AC-95 có khoảng cách trung bình hình học D=2m tra bảng ta có :

Nhận thấy Vậy dây dẫn đã chọn hợp lý.

3.6.2 Chọn cáp cao áp và hạ áp của nhà máy

3.6.2.1 Lựa chọn sơ đồ TPPTT

TPPTT là nơi nhận điện trực tiếp từ hệ thống về để cung cấp cho nhà máy, do đó việc lựa chọ sơ đồ nối dây của trạm có ảnh hưởng trực tiếp đến vấn đề an toàn cung cấp điện cho nhà máy Sơ đồ cần phải thỏa mãn các điều kiện cơ bản sau:

 Đảm bảo cung cấp điện liên tục theo yêu cầu của phụ tải.

 Rõ ràng và thuận tiện trong vận hành, xử lý sự cố, an toàn lúc vận hành, sửa chữa

 Hợp lý về mặt kinh tế trên cơ sở đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật

Do nhà máy chế tạo máy kéo là hộ tiêu thụ loại I nên ta chọn sơ đồ hệ thống thanh góp có phân đoạn cho TPPTT:

 Máy cắt liên lạc giữa hai phân đoạn là máy cắt hợp bộ

 Để bảo vệ chống sét truyền từ đường dây vào trạm, trên mỗi phân đoạn thanh góp ta bố trí một chống sét van

 Mỗi phân đoạn thanh góp được trang bị một MBA đo lường 3 pha 5 trụ có cuộn tam giác hở báo chạm đất 1 pha trên cáp 35 kV

Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý TPPTT

Trong TPPTT có tổng cộng 16 máy cắt 35 kV Chúng làm các nhiệm vụ đóng cắt dòng ngắn mạch để bảo vệ các phần tử của hệ thống khi có sự cố, đồng thời có nhiệm vụ đóng cắt dòng điện tái phục vụ công tác vận hành, sửa chữa Các điều kiện lựa chọn và kiểm tra máy cắt

 Cống suất cắt định mức:

 Kiểm tra điều kiện ổn định động:

Với các máy cắt có dòng định mức A thì không cần kiểm tra ổn định nhiệt.

Như vậy ở TPPTT ta chọn sơ bộ máy cắt là loại máy cắt hợp bộ của hãng SIEMENS, cách điện bằng khí SF6, không cần bảo trì, loại 8DC11 có thông số như sau

Bảng 3.23 Thông số tủ hợp bộ 8DC11

Loại MC (kV) (A) (kA) (kA)

Hình 3.12 Sơ đồ ghép nối trạm trung tâm

3.6.2.2 Tính toán ngắn mạch để lựa chọn và kiểm tra thiết bị

Mục đích của tính toán ngắn mạch là để kiểm tra điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt của thiết bị và dây dẫn được chọn khi có ngắn mạch trong hệ thống. Dòng điện ngắn mạch tính toán để chọn khí cụ điện là dòng ngắn mạch 3 pha Khi tính toán ngắn mạch phía cao áp do không biết cấu trúc cụ thể của hệ thống điện quốc gia nên cho phép tính gần đúng điện kháng hệ thống qua công suất ngắn mạch về phía hạ áp TBATG và coi hệ thống có công suất vô cùng lớn. Để lựa chọn, kiểm tra dây dẫn và các khí cụ điện cần tính 8 điểm ngắn mạch :

 N: điểm ngắn mạch trên thanh cái TPPTT để kiểm tra máy cắt và thanh góp

 : điểm ngắn mạch phía cao áp của các TBA phân xưởng để kiểm tra áp tô mát tổng của trạm

Hình 3.13 Vị trí các điểm ngắn mạch

BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO XÍ NGHIỆP CHẾ TẠO MÁY KÉO Điện kháng hệ thống:

: Điện áp trung bình đường dây, kV

: Cống suất ngắn mạch về phía hạ áp của TBATG, MVA Điện trở và điện kháng trên 1 km đường dây,

: Điện trở, điện kháng trên 1 km đường dây, L: Chiều dài đường dây.

Dòng ngắn mạch xung kích

Bảng 3.24 Thông số đường dây trên không và cáp cao áp Đường dây F

Hình 3.14 Sơ đồ tính toán ngắn mạch phía cao áp Điện kháng hệ thống:

Thông số điện trở và điện kháng tính đến điểm N:

Dòng điện ngắn mạch tại N là: kA

Dòng ngắn mạch xung kích kA Tính toán tương tự với các điểm N1-N7 ta có bảng

Bảng 3.25 Tính toán ngắn mạch Điểm ngắn mạch (kA) (kA)

Kiểm tra máy cắt đã chọn

Sau khi đã tính toán được dòng ngắn mạch, quay trở lại lựa chọn máy cắt ở trên, ta có kiểm tra lại các trị số dòng cắt và dòng ổn định động.

Bảng 3.26 Kiểm tra máy cắt

Thông số kiểm tra Trị số lựa chọn Trị số tính toán

Nhìn vào bảng 3.26 ta thấy trị số cảu máy cắt lựa chọn lớn hơn rất nhiều trị số tính toán được Do vậy máy cắt đã chọn phù hợp.

3.6.2.3 Lựa chọn sơ đồ TBA phân xưởng

Vì các TBA phân xưởng đặt gần TPPTT nên phía cao áp TBA chỉ cần đặt dao cách ly và cầu chì Phía hạ áp đặt aptomat tổng và aptomat nhánh, thanh cái hạ áp được phân đoạn bằng aptomat phân đoạn Để hạn chế dòng ngắn mạch về phía hạ áp của trạm và làm đơn giản việc bảo về ta lựa chọn phương thức cho aptomat phân đoạn thanh cái hạ áp ở trạng thái mở.

Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý TBA phân xưởng

Hình 3.16 Sơ đồ đấu nối các trạm đặt 2 MBA

1 Lựa chọn tủ đầu vào Đặt hai tủ đầu vào 35 kV có dao cách ly 3 vị trí, cách điện , không phải bảo trì, loại 8DH10 do hãng Siemens chế tạo.

Bảng 3.27 Thông số kỹ thuật của tủ đầu vào 8DH10

2 Lựa chọn dao cách ly

Dao cách ly có nhiệm vụ cách ly phần mang điện và không mang điện, tạo khoảng cách an toàn trông thấy, phục vụ cho công tác sửa chữa, kiểm tra bảo dưỡng thiết bị Trong một số trường hợp, cho phép dao cách ly đóng cắt dòng tải nhỏ. Để thuận tiện ta dùng chung 1 loại dao cách ly cho tất cả cá trạm biến áp để dễ dàng cho việc mua sắm, lắp đặt, thay thế Dao cách ly được chọn theo các điều kiện sau:

 Dòng điện ổn định động cho phép :

 Dòng điện ổn định nhiệt:

Dòng điện làm việc lớn nhất chạy qua dao cách ly được xét khi MBA có cống suất lớn nhất bị quá tải 40%

Vậy ta chọn dao cách ly 3DC do SIEMENS chế tạo:

Bảng 3.28 Thông số dao cách ly

Loại DCL (kV) (A) (kA) (kA)

Kiểm tra DCL theo các điều kiện trên, do DCl cùng chủng loại cho các TBA nên trị số tính toán được lấy theo trị số lớn nhất trong các điểm Ta có bảng

Bảng 3.29 Kiểm tra dao cách ly

Kết luận: DCL chọn phù hợp

3 Lựa chọn cầu chì cao áp (CC)

Cầu chì là thiết bị bảo vệ có nhiệm vụ cắt đứt mạch điện khi có dòng điện lớn quá trị số dòng điện cho phép đi qua Vì thế chức năng của cầu chì là bảo vệ quá tải và ngắn mạch Trong lưới điện cao áp(>1000) cầu chì thường được dùng ở các vị trí sau:

 Bảo vệ máy biến áp đo lường ở các cấp điện áp.

 Kết hợp với cầu dao phụ tải thành bộ máy cắt phụ tải để bảo vệ các đường dây trung áp.

 Đắt phía cao áp của các trạm biến áp phân phối để bảo vệ ngắn mạch cho các máy biến áp.

Cầu chì được chế tạo nhiều kiểu, ở nhiều cấp điện áp khác nhau ,ở cấp điện áp trung và cao áp thường sử dụng loại cầu chì ống, và được kiểm tra theo điều kiện:

 Công suất cắt định mức :

Dòng cưỡng bức đi qua MBA B1,B5 là:

Chọn loại cầu chì 3GD1 605-5B cho các MBA công suất 1000 kVA

Dòng cưỡng bức đi qua MBA B3, B4 là:

Chọn loại cầu chì 3GD1 606-5B cho các MBA công suất 1250 kVA

Dòng cưỡng bức đi qua MBA B2,B6,B7 là:

A Chọn loại cầu chì 3GD1 607-5B cho các MBA công suất 1250 kVA

Bảng 3.30 Thông số cầu chì

TT TBA Loại CC (kV) (A) (kA) (A)

Công suất cắt định mức : MVA

Kiểm tra cầu chì theo các điều kiện:

Bảng 3.31 Bảng kiểm tra cầu chì

Vậy các cầu chì đã chọn phù hợp

4 Lựa chọn aptomat hạ áp

Aptomat là thiết bị đóng cắt hạ áp, có chức năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch Do có ưu điểm hơn hẳn cầu chì là khả năng làm việc chắc

BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO XÍ NGHIỆP CHẾ TẠO MÁY KÉO chắn, tin cậy an toàn, đóng cắt đồng thời ba pha và khả năng tự động hoá cao, nên Aptomat dù đắt tiền nhưng vẫn ngày càng được sử dụng rộng rãi trong lưới điện hạ áp công nghiệp cũng như lưới điện chiếu sáng sinh hoạt. Aptomat đợc chọn theo các điều kiện sau:

Dòng điện cưỡng bức đi qua MBA B1,B5:

Dòng điện cưỡng bức đi qua MBA B3,B4:

Dòng điện cưỡng bức đi qua MBA B2,B6,B7:

Vậy ta chọn được aptomat của hãng Merlin Gerlin như sau:

Bảng 3.32 Thông số aptomat tổng

5 Kiểm tra cáp đã chọn Để đơn giản ở đây ta chỉ cần kiểm tra với tuyến cáp có dòng ngắn mạch lớn nhất kA Cáp được kiểm tra theo điều kiện ổn định nhiệt:

: hệ số nhiệt độ, với cáp lõi đồng =6

THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP CỦA PHÂN XƯỞNG SỬA CHỮA CƠ KHÍ

Tiêu đề	Thiết kế hệ thống điện cho xí nghiệp chế tạo máy kéo
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ thuật điện
Thể loại	Bài tập lớn
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	87
Dung lượng	4,63 MB