Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy luyện kim màu2

Phụ tải tính toán được sử dụng để lựa chọn và kiểm tra các thiết bị trong hệ thống cung cấp điện như: máy biến áp, dây dẫn, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ… Tính toán tổn thất công suất, t

ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO NHÀ MÁY LUYỆN

KIM MÀU

I.LỜI NÓI ĐẦU

Luyện kim là lĩnh vực khoa học kĩ thuật và ngành công nghiệp điều chế các kim loại từ quặng hoặc từ các nguyên liệu khác, chế biến các hợp kim, gia công phôi kim loại bằng áp lực, bằng cách thay đổi các thành phần hoá học và cấu trúc

để tạo ra những tính chất phù hợp với yêu cầu sử dụng.

Ngành công nghiệp luyện kim màu sản xuất ra các kim loại như đồng, chì, thiếc, nhôm, kẽm, bạc, vàng không có sắt Nhiều kim loại có giá trị chiếm lược Dùng để sản xuất máy bay, tàu cảng, dụng cụ, các công trình xây dựng, điện tử, cơ khí, hóa chất và được dùng trong cả các ngành bưu tính công nghệ thông tin, tin học Các kim loại màu được phân thành 4 nhóm chính là kim loại màu cơ bản, kim loại màu hợp kim, kim loại màu quý và kim loại màu hiếm

Nhà máy luyện kim màu đóng vai trò rất quan trọng trong công nghiệp nói chung và nền kinh tế nước ta nói riêng.

Do kiến thức có hạn nên trong quá trình thiết kế không tránh khỏi sai sót

Em mong được sự góp ý của thầy Em xin chân thành cảm ơn thầy.

II.NỘI DUNG CÁC PHẦN THUYẾT MINH VÀ TÍNH TOÁN

1 Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí và toàn nhà máy

2 Thiết kế mạng điện cao áp cho toàn nhà máy

3 Thiết kế mạng điện hạ áp cho phân xưởng sửa chữa cơ khí

III.CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU

1 Phụ tải điện của nhà máy

2 Phụ tải điện của phân xưởng sửa chữa cơ khí

3 Điện áp nguồn : Uđm = 35kV

4 Dung lượng ngắn mạch về phía hạ áp của trạm biến áp khu vực:

250MVA

5 Đường dây cung cấp điện cho nhà máy : Dùng dây nhôm lõi thép (AC) đặt treo trên không

6 Khoảng cách từ nguồn đến nhà máy : 12km

7 Công suất của nguồn điện : Vô cùng lớn

8 Nhà máy làm việc : 3 ca, Tmax = 6000

CHƯƠNG II:XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN

I.CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN

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 quả phát nhiệt hoặc mức độ hủy hoại cách điện Nói cách khác, phụ tải tính toán cũng đốt nóng thiết bị lên tới nhiệt độ tương tự như phụ tải thực tế gây ra, vì vậy chọn các thiết bị theo phụ tải tính toán sẽ đảm bảo 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

hệ thống cung cấp điện như: máy biến áp, dây dẫn, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ… Tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng, tổn thất điện áp; lựa chọn dung lượng bù công suất phản kháng… Phụ tải tính oán phụ thuộc vào nhiểu yếu tố như:công suất, số lượng, chế độ làm việc của các thiết bị điện, trình độ và phương thức vận hành 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…

Có rất nhiều phương pháp để xác định phụ tải tính toán, nhưng chưa có phương pháp nào thật hoàn thiện Những phương pháp cho kết quả đủ tin cậy thì quá phức tạp, khối lượng tính toán lớn và những thông tin đòi hỏi ban đầu quá lớn

và ngược lại

Một số phương pháp xác định phụ tải tính toán:

1.Phương pháp xác định phụ tải tính toán (PTTT) theo công suất đặt (P đ ) và

hệ số nhu cầu( K nc )

Công thức tính PTTT:

Ptt = Knc Pđ

Trong đó:

- Pthiết bị: Công suất trung bình của thiết bị hoặc nhóm thiết bị[kW]

- kmax = F( nhq, ksd)

3.Phương pháp xác định PTTT theo suất phụ tải/ đơn vị diện tích

Ptt = P0 .FTrong đó:

- P0: Công suất điện trên một đơn vị diện tích [w/m2].

Các thiết bị trong một nhóm gần nhau nên để gần nhau để giảm chiều dàiđường dây hạ áp nhờ vậy có thể tiết kiệm được vốn đầu tư và tổn thất trênđường dây hạ áp trong phân xưởng

Chế độ làm việc của các thiết bị trong cùng một nhóm giống nhau để xácđịnh PTTT được chính xác hơn và thuận lợi hơn cho việc lựa chọn phương thứccung cấp 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 cùng một nhómcũng không nên quá nhiều bởi số đầu ra của các tủ động lực thường < ( 8 -12)

Tuy nhiên thì thường rất khó thoả mãn cùng lúc cả 3 nguyên tắc trên, do vậyngười thiết kế cần phải lựa chọn cách phân nhóm hợp lí nhất

Ta có bảng phân chia nhóm như sau:

BẢNG PHÂN CHIA THIẾT BỊ THEO NHÓM

Nhóm 2

Nhóm 3

-∑ 7 28

Nhóm 4

Nhóm 5

Nhóm 6

chung cho các thiết bị trong phân xưởng Từ đó ta có thể tính được dòng điệnđịnh mức cho cho từng thiết bị theo công thức sau:

dm dm

dm

P I

Pđm

(toàn bộ)

(toàn bộ)

(toàn bộ)

(toàn bộ)

(toàn bộ)

n* = n1/n = 5/10 = 0,5

(toàn bộ)

 Công suất của thiết bị lớn nhất trong nhóm là: Pmax=10kW

3.Xác định phụ tải chiếu sáng phân xưởng sửa chữa cơ khí

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

Pcs=p0.FTrong đó:

Trong phân xưởng sửa chữa cơ khí hệ thống chiếu sáng sử dụng đèn sợi đốt,

Phụ tải chiếu sáng của toàn phân xưởng:

SPXSCCK = 251,8(KVA)

III XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CHO CÁC PHÂN XƯỞNG CÒN LẠI

1.Cách xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng

Vì các phân xưởng chỉ biết công suất đặt Do đó phụ tải tính toán của toàn nhà máy được xác định theo công suất đặt và hệ số nhu cầu:

2.Tính toán phụ tải tính toán cho các phân xưởng

2.1.Phân xưởng lò luyện kim

- Dự kiến chiếu sáng bằng đèn sợi đốt có Cos cs = 1 ⇒ tg ϕ cs = 0

- Tra bảng phụ lục với phân xưởng nhiệt luyện ta có:

- Tra bảng phụ lục với phân xưởng nhiệt luyện ta có:

- Tra bảng phụ lục với phân xưởng rèn đập ta có:

- Tra bảng phụ lục với phân xưởng rèn đập ta có:

- Tra bảng phụ lục với phân xưởng rèn đập ta có:

- Tra bảng phụ lục với phân xưởng rèn đập ta có:

- Công suất tính toán chiếu sáng:

- Tra bảng phụ lục với trạm bơm & nén khí ta có:

- Công suất tính toán tác dụng toàn phân xưởng:

1

5Ban QL và

3.Phụ tải tính toán của toàn nhà máy

- Phụ tải tính toán tác dụng & phản kháng của toàn nhà máy

IV.LẬP BIỂU ĐỒ PHỤ TẢI

- Việc xây dựng biểu đồ phụ tải trên mặt bằng xí nghiệp có mục đích là phân phối hợp lý các trạm biến áp trong phạm vi nhà máy, chọn vị trí đặt trạm phân phối trung tâm và các trạm biến áp sao cho đạt chỉ tiêu kỹ thuật cao nhất

- Biểu đồ phụ tải mỗi phân xưởng là một vòng tròn có diện tích tương ứng với phụ tải tính toán của phân xưởng đó theo một tỷ lệ đã chọn Nếu coi phụ tải mỗi phân xưởng là một hình tròn theo diện tích phân xưởng thì tâm vòng tròn phụ tải trùng với tâm hình học của phân xưởng đó

- Mỗi vòng tròn phụ tải được chia thành hai phần tương ứng với phụ tải tác dụng động lực (phần để trắng) và phụ tải tác dụng chiếu sáng (phần đánh dấu)

Trong đó:

- S: Phụ tải tính toán toàn phân xưởng ( kVA )

- R: Bán kính vòng tròn biểu đồ phụ tải của phân xưởng (mm)

- Góc chiếu sáng của biểu đồ phụ tải:

α cs=360∗P cs

P tt

T

106

Biểu đồ phụ tải

Trên mặt bằng nhà máy chọn một hệ toạ độ xOy, có vị trí toạ độ trọng tâm

M(x; y) để đặt trạm phân phối trung tâm:

Công thức:

i i i

x Sx

y Sy

S





Với hệ trục chọn như hình vẽ ta xác định tâm các phân xưởng như sau:

8 Trạm bơm 107 61 615.7

Từ bảng ta xác định được tâm của nhà máy như sau

i i i

x Sx

y Sy

I YÊU CẦU ĐỐI VỚI CUNG CẤP ĐIỆN

- Mục tiêu cơ bản của nhiệm vụ thiết kế cung cấp điện là đảm bảo cho hộ tiêu thụ có đủ lượng điện năng yêu cầu với chất lượng điện tốt

- Yêu cầu đối với cung cấp điện và nguồn điện cung cấp rất đa dạng Nó phụ thuộc vào giá trị của nhà máy và công suất yêu cầu Khi thiết kế các sơ đồ cung cấp điện phải lưu ý các yếu tố đặc trưng cho nhà máy riêng biệt điều kiện khí

hậu, địa hình, các thiết bị đòi hỏi độ tin cậy cung cấp điện cao, các đặc điểm của quá trình sản suất và quá trình công nghệ Để từ đó xác định mức độ đảm bảo an toàn cung cấp điện, thiết lập sơ đồ cấu trúc cấp điện hợp lý

- Việc lựa chọn sơ đồ cung cấp điện chủ yếu căn cứ vào độ tin cậy tính kinh

tế và an toàn Độ tin cậy của sơ đồ cấp điện phụ thuộc vào loại hộ tiêu thụ để xác định số lượng nguồn cung cấp cho sơ đồ

- Sơ đồ cung cấp điện phải có tính an toàn cho người và thiết bị trong mọi quá trình vận hành Ngoài ra, khi lựa chọn sơ đồ cung cấp điện cũng phải lưu ý đếncác yếu tố kỹ thuật khác như: đơn giản thuận tiện cho vận hành, có tính linh hoạt trong sự cố và biện pháp tự động hóa

- Khi đánh giá so sánh các phương án cung cấp điện, chỉ tiêu kinh tế chỉ đượcxét đến khi các chỉ tiêu kỹ thuật được đảm bảo

II LỰA CHỌN ĐIỆN ÁP TRUYỀN TẢI

1.Lựa chọn điện áp truyền tải từ hệ thống đến xí nghiệp

Ta dựa vào biểu thức kinh nghiệm:

Trong đó:

- P:Công suất tính toán của nhà máy(kW)

- L :khoảng cách từ trạm biến áp trung gian về nhà máy(km)

Các phương pháp chính và cơ bản để cung cấp điện cho xí nghiệp chỉ từ hệthống điện:

- Nếu dùng sơ đồ dẫn sâu từ mạng 35kv xuống điện áp 0,4kv thì có lợigiảm được tổn thất nhưng chi phí cho các thiết bị cao Loại sơ đồ này phùhợp với các phân xưởng nằm cách xa nhau

- Nếu dùng sơ đồ trạm biến áp trung tâm 35/10kv cấp điện cho các biến ápphân xưởng 10/0,4kv thì chi phí cho các thiết bị thấp và với loại hìnhphân xưởng đặt gần nhau thì tổn thất không lớn

- Qua phân tích hai phương án dùng sơ đồ cung cấp trên, ta dùng sơ đồtrạm nguồn là trạm biến áp trung tâm 35/10(KV) cấp điện cho các trạmbiến áp phân xưởng

III PHÂN LOẠI VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC HỘ TIÊU THỤ ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY

Nguyên tắc chung để đánh giá hộ tiêu thụ điện trong nhà máy ta dựa vào tầmquan trọng của phân xưởng Tức là khi ngừng cung cấp điện hay ngừng hoạt độngcủa phân xưởng thì mức độ ảnh hưởng của nó tới hoạt động của toàn nhà máy làcao hay thấp, từ đó ta có thể xác định được loại phụ tải và sơ đồ cung cấp điện hợp

lý cho phân xưởng trong toàn nhà máy

Khi đã xác định được hộ tiêu thụ trong nhà máy ta sẽ căn cứ vào đó để đánhgiá cho toàn nhà máy với nhà máy ta có:

- Các hộ tiêu thụ loại 1 là: Phân xưởng luyện kim, phân xưởng lò Martin,phân xưởng máy cán phôi tấm, phân xưởng cán nóng, phân xưởng cánnguội, phân xưởng tôn, trạm bơm

- Các hộ tiêu thụ loại 3 là: phân xưởng sửa chữa cơ khí, Ban quản lý và phòng thí nghiệm

IV CHỌN VỊ TRÍ ĐẶT TRẠM BIẾN ÁP TRUNG TÂM CỦA NHÀ MÁY

Trạm trạm biến áp trung tâm lấy điện từ lưới có điện áp 35 kV cung cấp chotrạm biến áp phân xưởng Vị trí xây dựng trạm được chọn theo nguyên tắc sau:

- Trạm phải gần tâm phụ tải

- Trạm phải không ảnh hưởng đến giao thông và mỹ quan nhà máy

- Trạm phải gần tâm phụ tải điện sẽ làm việc thiết kế mạng hạ áp đơn giản vàđạt chỉ tiêu cao hơn do công suất phân bố đều

Do vậy ta đặt trạm biến áp trung tâm tại vị trí tâm phụ tải của nhà máy vị trínày có toạ độ là: x=71,78; y=36,82

- Đối với trạm biến áp phân xưởng ta không thể đặt ở tâm phụ tải phân xưởngđược do ảnh hưởng tới diện tích nhà xưởng và an toàn của công nhân Phươngpháp tốt nhất là đặt trạm biến áp phân xưởng ngay cạnh phân xưởng đó vừa antoàn vừa tiện lợi khi thay thế thiết bị

V XÁC ĐỊNH DUNG LƯỢNG VÀ SỐ LƯỢNG CHO CÁC MÁY BIẾN ÁP TRONG CÁC TRẠM

1 Xác định số lượng cho các máy biến áp

- Chọn số lượng máy biến áp chính là chọn trạm biến áp phân xưởng có ýnghĩa quan trọng đối với việc xây dựng sơ đồ cung cấp điện hợp lý

- Khi thiết kế để quyết định chọn đúng số lượng máy biến áp cần phải xét đến

độ tin cậy của cấp điện

- Dựa vào tính năng và mức độ quan trọng của từng phân xưởng trong nhàmáy ta có thể phân ra hai loại phụ tải như sau:

Phân xưởng loại I gồm:

- Phân xưởng luyện kim - ký hiệu trên mặt bằng: 1

- Phân xưởng lò Martin - ký hiệu trên mặt bằng: 2

- Phân xưởng máy cán phôi tấm - ký hiệu trên mặt bằng: 3

- Phân xưởng cán nóng - ký hiệu trên mặt bằng: 4

- phân xưởng cán nguội - ký hiệu trên mặt bằng: 5

- Phân xưởng tôn - ký hiệu trên mặt bằng: 6

- Trạm bơm - ký hiệu trên mặt bằng: 8

Phân xưởng loại 3 gồm:

- Phân xưởng sửa chữa cơ khí - ký hiệu trên mặt bằng: 7

- Ban quản lý và phòng thí nghiệm - ký hiệu trên mặt bằng: 9

Số lượng máy biến áp được cho như sau:

- Phân xưởng phụ tải loại 1 cần đặt 2 MBA cho trạm biến áp phân xưởng

- Trạm B1 cấp điện cho PX luyện kim

- Trạm B2 cấp điện cho PX lò Martin

- Trạm B3 cấp điện cho PX máy cán phôi tấm + ban quản lý và phòng thínghiệm

- Trạm B4 cấp điện cho PX cán nóng

- Trạm B5 cấp điện cho PX cán nguội

- Trạm B6 cấp điện cho PX tôn + phân xưởng sửa chữa cơ khí

- Trạm B7 cấp điện cho trạm bơm

- Trong đó tất cả các trạm biến áp B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7 cấp điệncho các phân xưởng chính xếp loại I do đó cần đặt hai máy biến áp Các trạmdùng loại trạm kề, có một tường chung với tường phân phân xưởng Các máybiến áp dùng do ABB sản xuất tại Việt Nam, không phải hiệu chỉnh nhiệt độ

2 Chọn dung lượng máy biến áp

- Chọn công suất máy biến áp đảm bảo mức độ an toàn cung cấp điện Máybiến áp được chế tạo với các tiêu chuẩn nhất định, việc lựa công suất máy biến ápkhông những đảm bảo độ an toàn cung cấp điện, đảm bảo tuổi thọ máy mà còn ảnhhưởng lớn đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của sơ đồ cung cấp điện

Điều kiện chọn công suất máy biến áp:

Trạm có 1 MBA:

k.SđmB ¿ Stt

Trong đó:

+ k là hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ ( tra sổ tay)

loại bỏ một 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 việc bình thường Giả thiết trong các hộ loại I có 30% là phụ tải loại 3 nên Sttsc=0,7Stt

+ MBA vận hành quá tải không quá 5 ngày đêm mỗi ngày đêm khôngquá 6 giờ

Chọn dung lượng các máy biến áp trong các trạm.

Trạm biến áp trung tâm:

đặt trong nước thì công suất định mức của MBA phải được hiệu chỉnh theo nhiệt độ.

- Công thức hiệu chỉnh công suất theo nhiệt độ :

S đm' = S đm(1−θ tb− 5

100 )(1 − θ max−35

100 )

Trong đó:

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

Chọn dung lượng cho trạm biến áp

+)Trạm B1 cấp điện cho PX luyện kim

Theo điều kiện sự cố: Sđm  0,7.Stt/1,4=1338,89

+)Trạm B2 cấp điện cho PX lò Martin

+)Trạm B3 cấp điện cho PX máy cán phôi tấm + ban quản lý và phòng thí nghiệm

Vì trạm B3 cấp điện cho ban quản lý và phòng thí nghiệm là hộ tiêuthụ loại III nên khi sự cố ta cắt phụ tải này và trong phụ tải loại 1 có 30%phụ tải loại III

+)Trạm B4 cấp điện cho PX cán nóng

+)Trạm B5 cấp điện cho PX cán nguội.

Chọn máy biến áp 1000 – 10/0.4 có Sđm = 1000(kVA)

+)Trạm B6 cấp điện cho PX tôn + phân xưởng sửa chữa cơ khí.

Vì trạm B3 cấp điện cho ban quản lý và phòng thí nghiệm là hộ tiêuthụ loại III nên khi sự cố ta cắt phụ tải này và trong phụ tải loại 1 có 30%phụ tải loại III

Sđm  0,7 1704,2/1,4=852,1 (kVA)

+)Trạm B7 cấp điện cho trạm bơm.

Tóm lại ta có bảng kết quả chọn MBA phân xưởng:

VI CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐI DÂY MẠNG CAO ÁP CỦA NHÀ MÁY

- Để đảm bảo an toàn, đảm không gian và mỹ quan cho xí nghiệp mạng cao

áp dùng cáp ngầm Vì nhà máy thuộc hộ loại 1 nên ta sẽ dùng đường dây trênkhông lộ kép để tải điện từ hệ thống về trạm biến áp trung tâm(BATT) của nhàmáy Từ trạm BATT đến các trạm BAPX ta dùng lộ kép Căn cứ vào vị trí các trạmbiến áp phân xưởng và trạm BATT ta đề ra 4 phương án đi dây của mạng cao áp:

Không cần kiểm tra tổn thất điện áp do đường dây ngắn

Sau khi chọn được đường đi dây từ hệ thống về trạm BATT ta tiến hành tính toán chi tiết cho từng phương án

Dự kiến chọn dây cáp đồng 3 lõi cách điện XLPE đai thép vỏ PVC do

VII TÍNH TOÁN SO SÁNH CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT CHO CÁC PHƯƠNG ÁN

2

)

Kiểm tra dòng điện cho phép: