Đồ án cung cấp điện - Đinh Trọng Thủy

Đồ án cung cấp điện - Đinh Trọng Thủy

Việc thiết kế một hệ thống cung cấp điện là không đơn giản vì nó đòi hỏi người thiết

kế phải có kiến thức tổng hợp về nhiều chuyên ngành khác nhau như cung cấp điện, thiết bị điện , an toàn điện , Ngoài ra còn phải có sự hiểu biết nhất định về nhữnglĩnh vực liên quan như xã hội , môi trường , về các đối tượng sử dụng điện và mụcđích kinh doanh của họ Vì vậy đồ án môn học Cung cấp điện là bước khởi đầugiúp cho sinh viên ngành Hệ thống điện hiểu được một cách tổng quát những côngviệc phải làm trong việc thiết kế một hệ thống cung cấp điện và về chuyên ngànhCung cấp điện

Mặc dù kiến thức còn nhiều hạn chế nhưng em cũng đã cố gắng để hoàn thành tốt

đồ án môn học này Em rất mong sẽ nhận được nhiều lời góp ý của các thầy cô để đồ

án của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy PHẠM Mạnh Hải đã giúp

đỡ em thoàn thành bản đồ án môn học này

Hà Nội, Ngày 24 Tháng 4 Năm 2014

Sinh viên

Đinh Trọng Thủy

BÀI TOÁN THIẾT KẾ

Thiết kế cung cấp điện

"Thiết kế cung cấp điện cho một phân xưởng sản xuất công nghiệp"

A.Dữ kiện

Thiết kế mạng điện cung cấp cho một phân xưởng với số liệu cho trong bảng sốliệu thiết kế cấp điện phân xưởng Tỷ lệ phụ tải điện loại I là 70% Hao tổn điện

áp cho phép trong mạng điện hạ áp 4Ucp = 3.5% Hệ số công suất cần nâng lên

là cosϕ = 0.90 Hệ số chiết khấu i = 12%; Công suất ngắn mạch tại điểm đấu điện

Sk,MVA; Thời gian tồn tại của dòng ngắn mạch tk = 2.5 Giá thành tổn thất điệnnăng c∆ = 1500đ/kWh.; Suất thiệt hại do mất điện gth = 8000đ/kWh Đơn giá tụ bù

là 110.103 đ/kVAr, chi phí vận hành tụ bằng 2% vốn đầu tư, suất tổn thất trong tụ4Pb = 0.0025kW/kVAr Giá điện trung bình g = 1250đ/kWh Điện áp lưới phân phối

là 22kV

Thời gian sử dụng công suất cực đại TM = 4500(h) Chiều cao phân xưởng h = 4.7(m) Khoảng cách từ nguồn điện đến phân xưởng L = 150(m)

Các tham số khác lấy trong phụ lục và sổ tay thiết kế cung cấp điện

Số hiệu trên Tên thiết bị Hệ số cos ϕ Công suất đặt

A1;7;10;20;31 Quạt gió 0.35 0.67 3;3;5.5;7.5;7.52;3 Máy biến áp hàn , ε = 0.4 0.32 0.58 6;12

Hình 1: Sơ đồ mặt bằng phân xưởng

1.1 Tính toán phụ tải chiếu sáng 7

1.2 Tính toán phụ tải động lực 7

1.2.1 Phân chia nhóm thiết bị 7

1.2.2 Xác định phụ tải tính toán cho các nhóm phụ tải động lực: 10

1.2.3 Phụ tải tính toán tổng hợp 14

2 Xác định sơ đồ cấp điện 16 2.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp cho phân xưởng 16

2.2 Chọn số lượng và công suất máy biến áp 16

2.2.1 Chọn số lượng máy biến áp 16

2.2.2 Chọn công suất máy biến áp 17

2.3 Xác định tâm các nhóm phụ tải của phân xưởng 18

2.4 Lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu 20

2.4.1 Nguyên tắc chung 20

2.4.2 Chọn dạng sơ đồ nối điện cho phân xưởng 20

2.4.3 Lựa chọn dây dẫn đến trạm biến áp của xưởng 23

2.4.4 Lựa chọn dây dẫn và đi dây trong phân xưởng 25

2.4.5 Tổng kết và lựa chọn phương án tối ưu 38

3 Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị trong sơ đồ nối điện của phân xưởng 39 3.1 Tính toán chế độ ngắn mạch cho phân xưởng 39

3.1.1 Tính ngắn mạch cho phía cao áp 39

3.1.2 Tính ngắn mạch cho 1 nhánh đại diện phía hạ áp 40

3.1.3 Tính ngắn mạch cho toàn bộ phân xưởng 43

3.2 Chọn thiết bị bảo vệ 47

3.2.1 Chọn thiết bị bảo vệ phía cao áp 47

3.2.2 Chọn thiết bị phía hạ áp 50

4 Tính toán bù , nâng cao hệ số công suất 57 4.1 Khái quát chung 57

4.2 Các biện pháp nâng cao hệ số công suất 58

4.2.1 Biện pháp tự nhiên 58

4.2.2 Bù công suất phản kháng 58

4.3 Tính toán bù công suất phản kháng 60

4.3.1 Xác định dung lượng bù 60

4.3.2 Đánh giá hiệu quả về mặt kinh tế của bù công suất phản kháng 63

Tính toán phụ tải điện

Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tảithực tế về mặt hiệu quả phát nhiệt hoặc mức độ huỷ hoại cách điện

Phụ tải tính toán phụ thuộc vào các yếu tố như: công suất, số lượng, chế độ làmviệc của các thiết bị điện, trình độ và phương thức vận hành hệ thống Vì vậy xácđịnh chính xác phụ tải tính toán là một nhiệm vụ khó khăn nhưng rất quan trọng

Từ trước tới nay đã có nhiều công trình nghiên cứu và có nhiều phương pháp tínhtoán phụ tải điện Song vì phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đã trình bày

ở trên nên cho đến nay vẫn chưa có phương pháp nào hoàn toàn chính xác và tiệnlợi Những phương pháp đơn giản thuận tiện cho việc tính toán thì lại thiếu chínhxác, còn nếu nâng cao được độ chính xác, kể đến ảnh hưởng của nhiều yếu tố thìphương pháp tính lại phức tạp

Sau đây là một số phương pháp tính toán phụ tải thường dùng nhất trong thiết

kế hệ thống cung cấp điện:

• Phương pháp tính theo hệ số nhu cầu

• Phương pháp tính theo hệ số kM và công suất trung bình

• Phương pháp tính theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm

• Phương pháp tính theo suất phụ tải trên đơn vị diện tích sản xuất

Trong thực tế tuỳ theo quy mô và đặc điểm của công trình, tuỳ theo giai đoạnthiết kế sơ bộ hay kỹ thuật thi công mà chọn phương pháp tính toán phụ tải điệnthích hợp

1.1 Tính toán phụ tải chiếu sáng

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

Trong đó:

- P0 là suất chiếu sáng trên 1 đơn vị diện tích chiếu sáng,P0= 15 W/m2

- S là diện tích được chiếu sáng, m2

- a là chiều dài của phân xưởng, m

- b là chiều rộng của phân xưởng, m

=> Phụ tải chiếu sáng của phân xưởng cơ khí sửa chữa là:

1.2.1 Phân chia nhóm thiết bị

Trong một phân xưởng thường có nhiều thiết bị có công suất và chế độ làm việckhác nhau, muốn xác định phụ tải tính toán được chính xác cần phải phân nhómthiết bị điện Việc phân nhóm phụ tải tuân theo các nguyên tắc sau:

• Các thiết bị điện trong cùng một nhóm nên ở 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 điện trong nhóm nên giống nhau để xác địnhphụ tải tính toán được chính xác hơn và thuận tiện trong việc lựa chọn phươngthức cung cấp điện cho nhóm

• Tổng công suất của các nhóm thiết bị nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại tủđộng lực cần dùng trong phân xưởng và trong toàn nhà máy Số thiết bị trongmột nhóm cũng không nên quá nhiều để dễ dàng cho việc điều khiển và vậnhành

Tuy nhiên thường rất khó khăn để thỏa mãn cả 3 điều kiện trên, vì vậy khi thiết kếphải tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của phụ tải để lựa chọn phương án tối ưu nhấttrong các phương án có thể

Dựa vào nguyên tắc phân nhóm ở trên và căn cứ vào vị trí, công suất của các thiết

bị được bố trí trên mặt bằng phân xưởng, ta có thể chia các phụ tải thành 5 nhóm.Kết quả phân nhóm phụ tải được trình bày ở bảng sau :

- ksdilà hệ số sử dụng của thiết bị

- Pilà công suất đặt của thiết bị

⇒ Hệ số sử dụng tổng hợp của Nhóm 1 là:

ksdP= (3.0, 35) + (6.0, 32) + (12.0, 32) + (2, 8.0, 37) + (10.0, 45) + (20.0, 23)

3 + 6 + 12 + 2, 8 + 10 + 20

⇒ ksdP= 0, 31

b, Xác định số phụ tải hiệu quả nhq

- Số thiết bị hiệu quả của nhóm 1 được xác định theo số thiết bị tương đối n∗và côngsuất tương đối P∗trong nhóm

+) Gọi Pnmaxlà công suất của thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm

P∗ = P1P

+)Nhìn từ bảng số liệu của nhóm 1 ở bảng trên ta thấy:

⇒ nhq = n∗hq.n = 0, 7.6 = 4, 2

+) Tra bảng PL5 [1] với nhq = 4, 2; ksd = 0, 31ta được kM = 2, 1

⇒ Phụ tải tính toán của nhóm 1:

Ptt1= kM.ksd.P6

i=1

Pi = 2, 1.0, 31.53, 8 = 35, 59(kW)+) Hệ số công suất trung bình của nhóm 1:

- Pttdlpx: Phụ tải động lực tính toán toàn phân xưởng

- kđt: Hệ số đồng thời cực đại của các phân xưởng, lấy kđt=0,95

- Ptti: Công suất tác dụng tính toán nhóm thứ i

- n: số nhóm

+) Phụ tải tính toán động lực toàn phân xưởng là :

Pttdlpx=208,12.0,95=197,71(kW)+) Hệ số công suất trung bình của các nhóm phụ tải động lực là:

Pttpx= Pcs+ Pttdlpx = 12, 96 + 197, 71 = 210, 67(kW)+) Hệ số công suất của cả phân xưởng:

Sttpx = Pttpx

cosϕpx =

210, 67

0, 67 = 314, 43(kV A)

Xác định sơ đồ cấp điện

2.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp cho phân xưởng

Để lựa chọn được vị trí tối ưu cho TBA cần thỏa mãn các điều kiện sau:

- Vị trí trạm cần phải được đặt ở những nơi thuận tiện cho việc lắp đặt, vận hànhcũng như thay thế và tu sửa sau này (phải đủ không gian để có thể dễ dàng thaymáy biến áp, gần các đường vận chuyển )

- Vị trí trạm phải không ảnh hưởng đến giao thông và vận chuyển vật tư chínhcủa xí nghiệp

- Vị trí trạm còn cần phải thuận lợi cho việc làm mát tự nhiên (thông gió tốt), cókhả năng phòng cháy nổ tốt đồng thời phải tránh được các bị hoá chất hoặccác khí ăn mòn của chính phân xưởng này có thể gây ra

Vì những lí do trên ta chọn đặt TBA ở phía sát tường bên trái, phía ngoài, cách góctrên của phân xưởng 1 khoảng là 14 (m)

2.2 Chọn số lượng và công suất máy biến áp

2.2.1 Chọn số lượng máy biến áp

Việc lựa chọn đúng số lượng MBA dựa trên cơ sở độ tin cậy cung cấp điện Các phụtải thuộc hộ tiêu thụ loại I, TBA cần đặt từ 2 MBA trở lên nối với các phân đoạn khácnhau của thanh góp, giữa các phân đoạn có thiết bị đóng cắt khi cần thiết Hộ tiêu

thụ loại III chỉ cần đặt 1 MBA (yêu cầu trong kho cần có MBA dự trữ)

Ở đây số phụ tải loại I chiếm 70%,ta sẽ sử dụng 2 máy biến áp làm việc song song

2.2.2 Chọn công suất máy biến áp

ít chủng loại máy, khả năng làm việc quá tải, đồ thị phụ tải

Sau đây là một số tiêu chuẩn chọn máy biến áp:

+) Khi làm việc ở điều kiện bình thường:

+) Kiểm tra khi xảy ra sự cố một máy biến áp( đối với trạm có nhiều hơn 1 MBA):

(n − 1).khc.kqt.SđmB ≥ Sttsc (2.2)

Trong đó:

• n : Số máy biến áp của trạm

• khc: Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường, ta chọn loại máy chế tạo ở ViệtNam nên không cần hiệu chỉnh nhiệt độ, lấy khc= 1

• kqt : Hệ số quá tải sự cố, kqt = 1,4 nếu thoả mãn điều kiện MBA vận hành quátải không quá 5 ngày đêm, thời gian quá tải trong một ngày đêm không vượtquá 6h và trước khi quá tải MBA vận hành với hệ số tải không quá 0,93

• Sttsc: Công suất tính toán sự cố Khi sự cố một máy biến áp có thể loại bỏ một

số phụ tải không quan trọng để giảm nhẹ dung lượng của các MBA(các phụ tảiloại III), nhờ vậy có thể giảm được vốn đầu tư và tổn thất của trạm trong trạngthái làm việc bình thường

Ta sẽ chọn 2 máy biến áp do THIBIDI chế tạo, mỗi máy sẽ có công suất 180 kVA(Theobảng giá số 03/BG/TBĐ/2014 [3])

+) Kiểm tra lại máy biến áp trong điều kiện sự cố

Khi xảy ra sự cố 1 máy biến áp,ta sẽ cắt bớt các phụ tải loại III ra khỏi hệ thống,ta có:

SM BA Điện áp 4P0 4Pk Uk% I0% Vốn đầu tư

(kVA) (kV) (kW) (kW) MBA ( 1000đ)

2x 180 22/0,4 0,315 2,185 4 2 155.494

Bảng 2.1: Bảng thông số máy biến áp

2.3 Xác định tâm các nhóm phụ tải của phân xưởng

- Tâm qui ước của các nhóm phụ tải của phân xưởng được xác định bởi một điểm M

có toạ độ được xác định : M(X,Y) theo hệ trục toạ độ xOy

Trong đó:

X,Y : là toạ độ của tâm các nhóm phụ tải của phân xưởng

xi, yi:là tọa độ phụ tải thứ i tính theo hệ trục toạ độ xOy đã chọn

Pi: là công suất của phụ tải thứ i

Ta có tọa độ tâm của các nhóm phụ tải :

X=13120,50

Y=18327,83

• Kiểm tra độ sụt áp khi có động cơ lớn khởi động Điều kiện này ta cũng có thể

bỏ qua do phân xưởng không có động cơ có công suất quá lớn

• Đảm bảo điều kiện phát nóng

Như vậy nguyên tắc quan trọng nhất chính là đảm bảo điều kiên phát nóng.Sau đây

ta sẽ xét cụ thể về điều kiện phát nóng

Cáp và dây dẫn được chọn cần thỏa mãn

Trong đó:

- k1: là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường đặt cáp

- k2: là số lượng cáp đi song song trong rãnh

- Icp: là dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây cáp chọn được (A)

- Ilvmax: là dòng điện làm việc lớn nhất của phân xưởng, nhóm, hay các thiết bịđiện đơn lẻ

+) Với cáp từ TBA đến các TPP ta đi lộ kép, cáp được đặt trong hào cáp, k1=1

+) Với cáp từ TPP đến các TĐL ta đi lộ kép, cáp đặt trong rãnh,k2=1

2.4.2 Chọn dạng sơ đồ nối điện cho phân xưởng

Mạng điện phân xưởng thường có các dạng chính sau:

+ Sơ đồ hình tia :

Hình 2.1: Sơ đồ hình tiaMạng cáp các thiết bị được dùng điện được cung cấp trực tiếp từ các tủ động lực(TĐL) hoăc từ các tủ phân phối (TPP) bằng các đường cáp độc lập Kiểu sơ đồ CCĐ

có độ tin cậy CCĐ cao, nhưng chi phí đầu tư lớn thường được dùng ở các hộ loại I vàloại II

+ Sơ đồ đường dây trục chính :

Hình 2.2: Sơ đồ phân nhánh dạng cáp

-Kiểu sơ đồ phân nhánh dạng cáp Các TĐL được CCĐ từ TPP bằng các đường cápchính các đường cáp này cùng một lúc CCĐ cho nhiều tủ động lực, còn các thiết bịcũng nhận điện từ các TĐL như bằng các đường cáp cùng một lúc cấp tới một vàithiết bị Ưu điểm của sơ đồ này là tốn ít cáp, chủng loại cáp cũng ít Nó thích hợp vớicác phân xưởng có phụ tải nhỏ, phân bố không đồng đều Nhược điểm là độ tin cậycung cấp điện thấp thường dùng cho các hộ loại III

Hình 2.3: Sơ đồ phân nhánh bằng đường dây

-Kiểu sơ đồ phân nhánh bằng đường dây (đường dây trục chính nằm trong nhà) Từcác TPP cấp điện đến các đường dây trục chính Từ các đường trục chính được nốibằng cáp riêng đến từng thiết bị hoặc nhóm thiết bị Loại sơ đồ này thuận tiện choviệc lắp đặt, tiết kiệm cáp nhưng không đảm bảo được độ tin cậy CCĐ, dễ gây sự cốchỉ còn thấy ở một số phân xưởng loại cũ

Hình 2.4: Sơ đồ phân nhánh bằng đường dây trên không

-Kiểu sơ đồ phân nhánh bằng đường dây trên không Bao gồm các đường trục chính

và các đường nhánh Từ các đường nhánh sẽ được trích đấu đến các phụ tải bằngcác đường cáp riêng Kiểu sơ đồ này chỉ thích ứng khi phụ tải khá phân tán côngsuất nhỏ (mạng chiếu sáng, mạng sinh hoạt) và thường bố trí ngoài trời Kiểu sơ đồnày có chi phí thấp đồng thời độ tin cậy CCĐ cũng thấp, dùng cho hộ phụ tải loại III

Có nghĩa là phối hợp các kiểu sơ đồ trên tuỳ theo các yêu cầu riêng của từng phụ tảihoặc của các nhóm phụ tải.

⇒ Từ các ưu khuyết điểm của từng dạng sơ đồ và sơ đồ bố trí thiết bị trong phân xưởng ta chọn dạng sơ đồ hỗn hợp làm phương án nối điện trong phân xưởng.

2.4.3 Lựa chọn dây dẫn đến trạm biến áp của xưởng

Chọn dây dẫn đến trạm biến áp của xưởng là dây kép cáp lõi đồng

Ta có dòng điện chạy trên đường dây:

Vậy tiết diện dây cáp là :

-Kiểm tra điều kiện phát nóng :

Ta có: k1.k2.Icp= 1.1.170 = 170(A), Imax = Isc = 2.Ilvmax = 2.4, 13 = 8, 26(A)

⇒ k1.k2.Icp≥ Imax( thỏa mãn điều kiện)

C = 4A.4c = 23, 22.1500 = 34830(đồng)-Vốn đầu tư đường dây(dây kép)

V = 1, 6.v0.LVới v0 = 124, 8.106( đồng/km)

C = ∆A.∆c = 2789, 65.1500 = 4184475(đồng)-Vốn đầu tư đường dây (dây kép)

V = 1, 6.v0.LVới v0 = 227, 2.106( đồng/km)

+) Tính toán cho phần còn lại

Tương tự như trên ta có bảng thông số đường dây theo các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật :

dây ∆U ∆A v0.106 V 106 C 103 Z 103

(V) (kWh/năm) (đ/km) (đ) (đ/năm) (đ/năm)

dây ∆U ∆A v0.106 V 106 C 103 Z 103

(V) (kWh/năm) (đ/km) (đ) (đ/năm) (đ/năm)

dây ∆U ∆A v0.106 V 106 C 103 Z 103

(V) (kWh/năm) (đ/km) (đ) (đ/năm) (đ/năm)

dây ∆U ∆A v0.106 V 106 C 103 Z 103

(V) (kWh/năm) (đ/km) (đ) (đ/năm) (đ/năm)

2.4.5 Tổng kết và lựa chọn phương án tối ưu

2.4.5.1 Xét các chỉ tiêu kĩ thuật

-Tổn thất điện áp cho phép của phân xưởng

∆U = ∆Ucp%.Uđm

5.380

100 = 19(V )-Tổn thất điện áp lớn nhất của các phương án

Bảng 2.10: Bảng so sánh chỉ tiêu kinh tế - kĩ thuật của 4 phương án

Ta thấy cả 4 phương án đều thỏa mãn tiêu chuẩn về mặt kĩ thuật, trong đó phương

án 3 có tổng chi phí nhỏ nhất Vậy phương án 3 là phương án tối ưu, từ các chươngsau trở đi ta chỉ xét đến phương án 3