Bài tập lớn thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy chế tạo máy kéo

XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN

Các phương pháp xác định phụ tải tính toán

Phụ tải tính toán (Ptt) là đại lượng quan trọng thể hiện khả năng sử dụng công suất của các thiết bị điện, với công suất giả định không đổi trong suốt quá trình hoạt động Ptt gây ra hậu quả phát nhiệt hoặc phá hủy cách điện tương ứng với công suất thực tế của thiết bị Việc xác định Ptt là nhiệm vụ đầu tiên của thiết bị cung cấp điện, và cần phải xem xét quy mô cũng như khả năng phát triển của hệ thống trong tương lai Ptt được sử dụng để lựa chọn và kiểm tra các thiết bị trong hệ thống như MBA, dây dẫn, và thiết bị đóng cắt, đồng thời tính toán tổn thất công suất điện năng và lựa chọn bù Các yếu tố ảnh hưởng đến Ptt bao gồm công suất, số lượng máy, và chế độ vận hành.

Việc lựa chọn phụ tải tính toán phù hợp là rất quan trọng, vì nếu phụ tải tính toán nhỏ hơn phụ tải thực tế, nó sẽ làm giảm tuổi thọ của thiết bị và ảnh hưởng đến chất lượng cũng như độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện.

Phương pháp xác định Ptt theo hệ số Knc và Pđ

Phương pháp này được sử dụng khi đã có thiết kế nhà xưởng của nhà máy nhưng chưa thiết kế chi tiết

Ptt: Công suất tác dụng tính toán

Qtt: Công suất phản kháng tính toán

Knc: Hệ số nhu cầu trả từ sổ tay theo số liệu của các phân xưởng

Pđ: Công suất đặt của các phân xưởng tanφ: Hệ số tính toán tra từ cosφ

Xác định Ptt theo công suất trung bình và hệ số cực đại Kmax

Sau khi hoàn thiện thiết kế chi tiết cho từng phân xưởng (PX) và có thông tin chính xác về mặt bằng bố trí thiết bị, cũng như công suất và quy trình công nghệ của từng máy, bước tiếp theo là thiết kế mạng hạ áp cho PX Số liệu đầu tiên cần xác định là Ptt của từng thiết bị trong từng nhóm thiết bị của PX.

Ksd: Hệ số sử dụng của nhóm (tra sổ tay)

Kmax: Hệ số cực đại tra bảng từ Ksd và nhq (số thiết bị dùng điện hiệu quả)

Trình tự xác định n hq :

Xác định n1: Số động cơ có công suất ≥ 1/2 công suất của động cơ có công suất max trong nhóm

Xác định P1: Tổng công suất của các động cơ có công suất ≥ 1/2 công suất của động cơ có công suất max trong nhóm

P: Tổng công suất nhóm n: Tổng số thiết bị trong nhóm

Từ n* và P* tra bảng PL I.5[1,255] được 𝑛 ℎ𝑞 ∗

Xác định nhq theo công thức:

Khi tra bảng kmax chỉ bắt đầu từ nhq = 4

Khi 𝑛 𝑞ℎ < 4, Ptt được tính như sau:

Kti: Hệ số tải (ở chế độ dài hạn = 0.9, ở chế độ ngắn hạn = 0.75)

Nếu trong nhóm có thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại thì phải quy đổi về chế độ dài hạn trước khi tính nhq:

Kđ: hệ số đóng điện

Ngoài việc quy đổi chế độ cũng cần quy đổi công suất một pha về 3 pha Đối với điện áp pha: 𝑃 𝑞đ = 3 𝑃 đ𝑚 ; điện áp dây: 𝑃 𝑞đ = √3 𝑃 đ𝑚

Phụ tải phản kháng của động lực và chiếu sáng:

1.1.3 Phương pháp xác định phụ tải tính toán cho tải chiếu sáng

Phụ tải chiếu sáng được tính theo công suất chiếu sáng trên một đơn vị điện tích (𝑚 2 )

P0: Suất chiếu sáng trên đơn vị S (𝑊/𝑚 2 )

S: Diện tích cần chiếu sáng (𝑚 2 )

Lưu ý: Cần phải cân nhắc xem sử dụng loại bóng đèn nào cho phù hợp

1.1.4 Tính toán phụ tải tính toán từng phần của mỗi phân xưởng

Phụ tải tính toán toàn nhà máy

PTTT bằng tổng phụ tải của các phân xưởng có kể đến hệ số sử dụng đồng thời

Hệ số 𝐾 đ𝑡 được xác định theo từng trường hợp sau:

𝐾 đ𝑡 = 0,9 đến 0,95 khi số lượng PX là 2→ 4

𝐾 đ𝑡 = 0,8 đến 0,85 khi số lượng PX là 5→10

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

1.3.1 Xác định phụ tải động lực cho phân xưởng sửa chữa cơ khí

Để xác định phụ tải tính toán chính xác trong phân xưởng, cần phân nhóm các thiết bị có công suất và chế độ làm việc khác nhau.

Nguyên tắc phân nhóm phụ tải:

• Việc thiết bị cùng nhóm cần phải ở gần nhau để giảm chiều dài dây dẫn (giảm đầu tư và tổn thất)

• Chế độ làm việc của các thiết bị cùng nhóm nên giống nhau để thuận lợi cho phương pháp cấp điện

• Tổng công suất của các nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại tải động lực

• Số lượng thiết bị trong nhóm không quá nhiều vì đầu ra của tải động lực là

Khi phân nhóm thiết bị, cần chuyển đổi các thiết bị một pha sang thiết bị ba pha Máy biến áp hàn, là thiết bị một pha, hoạt động trong thời gian ngắn Do đó, cần quy đổi phụ tải này về phụ tải ba pha làm việc dài hạn theo công thức.

Dựa trên các nguyên tắc và vị trí, công suất của thiết bị trong phân xưởng sửa chữa cơ khí (bản vẽ số 3), chúng tôi đã phân chia các thiết bị thành 6 nhóm và tiến hành tính toán phụ tải cho từng nhóm Nhóm 1:

Bảng 1.1: Số liệu tính toán nhóm 1

Kí hiệu trên mặt bằng

4 Máy tiện ren cấp chính xác cao

Từ bảng 1.1 ta có các số liệu sau:

→ Có 6 thiết bị có P đm ≥1

51.7 = 0.93 𝑘𝑊 Tra bảng PL I.5[1.255] ta có: 𝑛 ℎ𝑞 ∗ = 0.808 Vậy:

Số thiết bị dùng điện hiệu quả là: 𝑛 ℎ𝑞 = 𝑛 ∗ 𝑛 ℎ𝑞 ∗ = 8 ∗ 0.808 = 6.48 →

Tra bảng PL I.6[1.266] với 𝑘 𝑠𝑑 = 0.15, 𝑐𝑜𝑠𝜑 = 0.6 ta được: 𝑘 𝑚𝑎𝑥 = 2.64 Phụ tải tính toán của nhóm 1 là:

Bảng 1.2 Số liệu tính toán nhóm 2

51= 0.73 𝑘𝑊 Tra bảng PL I.5[1.255] ta có: 𝑛 ℎ𝑞 ∗ = 0.84 Vậy:

5 Máy mài dao cắt gọt 1 1 18 0.65 0.65

7 Máy mài sắc mũi phay 1 1 20 1 1

10 Thiết bị để hóa bền kim loại

- Trong nhóm 5 có “máy biến áp” hàn làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại cần phải quy đổi chế độ làm việc và công suất về 3 pha:

+ Có S đm = 24.6 (kVA) và cosφ = 0.35

+ Quy đổi về dài hạn: với hệ số đóng điện K đ = 25%

+ Quy đổi về công suất 3 pha:

+ Tổng công suất sau khi thay đổi:

+ Các máy gia công kim loại có k sd = 0.15; riêng máy biến áp hàn có k sd =0.3

→ Có 2 thiết bị có P đm > 1

Tra bảng, nội suy → k max = 2.4

+ P tt = k ma k sd ∑ P đm = 2.4 ∗ 0.18 ∗ 38.91 = 16.81 (kW)

1.3.2 Tính toán phụ tải chiếu sáng của phân xưởng sửa chữa cơ khí Đo trên hình vẽ ta được diện tích của phân xưởng sửa chữa cơ khí là:

0.4 ∗ 1.2 = 0.48 (𝑐𝑚 2 ) Với tỉ lệ 1: 2500 ta tính được diện tích của phân xưởng sửa chữa cơ khí là:

Ta có công suất chiếu sáng phân xưởng:

𝑄 𝑐𝑠 = 𝑃 𝑐𝑠 ∗ 𝑡𝑔𝜑 = 0 (do đèn sợi đốt có cos𝜑=1)

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

Là phân xưởng sửa chữa cơ khí nên chọn hệ số đồng thời: kđt = 0,85

Công suất tính toán tác dụng toàn phân xưởng là:

Công suất tính toán phản kháng toàn phân xưởng là:

Công suất tính toán toàn phần của phân xưởng là:

Hệ số công suất toàn phân xưởng:

S ttpx ≈ 0.62 Dòng điện tính toán toàn phân xưởng:

1.4 Xác định phụ tải tính toán cho các phân xưởng còn lại

Do chỉ biết công suất đặt và diện tích của nhà xưởng nên ta dùng phương pháp tính PTTT theo công suất đặt và hệ số Knc

Các công thức cần sử dụng:

𝑄 đ𝑙 = 𝑃 đ𝑙 𝑡𝑎𝑛𝜑 Tra bảng PLI.3 để tìm Knc và 𝑐𝑜𝑠𝜑, 𝑡𝑔𝜑

Trong đó: S: diện tích cần chiếu sáng

Tra PLI.2 tìm P0 (công suất chiếu sáng 𝑊/𝑚 2 )

+ Tính Stp của từng phân xưởng

Bảng1.7 Tổng hợp phụ tải tính toán của các phân xưởng còn lại

Xác định phụ tải tính toán toàn nhà máy

Có 9 phân xưởng nên ta chọn kđt = 0,85

Công suất tính toán tác dụng của toàn nhà máy là:

Công suất tính toán phản kháng toàn nhà máy:

Công suất tính toán toàn phần nhà máy là:

Hệ số công suất toàn nhà máy:

Xác định biểu đồ phụ tải của toàn nhà máy

Tâm phụ tải điện là điểm mà thỏa mãn điều kiện momen phụ tải ∑ 𝑃 𝑖 𝑙 𝑖 đạt giá trị cực tiểu

𝑃 𝑖 : Công suất của phụ tải thứ i

𝑙 𝑖 : Khoảng cách của phụ tải thứ i đến tâm phụ tải

Tọa độ tâm phụ tải M(x0;y0;z0) được xác định như sau:

• 𝑥 0 , 𝑦 0 , 𝑧 0 : tọa độ tâm phụ tải điện

• 𝑆 𝑖 : Công suất toàn phần của phụ tải thứ i

• (xi;yi;zi): Toạ độ của phụ tải thứ i tính theo một hệ trục tọa độ tuỳ ý chọn

Trong thực tế thường ít quan tâm đến tọa độ z nên ta chỉ xác định tọa độ x và y của tâm phụ tải

Tâm phụ tải là vị trí lý tưởng để lắp đặt các trạm biến áp, tủ phân phối và tủ động lực, giúp giảm thiểu chi phí đầu tư và tổn thất điện năng trên đường dây.

Bảng 1.8 Tâm phụ tải phân xưởng

Vậy tâm phụ tải tính toán được xác định bằng:

1.6.2 Biểu đồ phụ tải điện

Ta cần xác định biểu đồ phụ tải để xác định vị trí đặt các trạm biến áp một cách hợp lý trên mặt bằng của xí nghiệp

Biểu đồ phụ tải cung cấp cái nhìn tổng quan về bố trí thiết bị và cường độ tiêu thụ điện tại từng điểm tải, giúp xác định mật độ phân bố phụ tải trên sơ đồ tổng thể Từ đó, việc lựa chọn vị trí hợp lý cho trạm biến áp trở nên dễ dàng hơn Biểu đồ này có thể được xây dựng bằng cách biểu thị phụ tải của các điểm dưới dạng hình tròn với bán kính r.

𝑆 𝑖 : là công suất tính toán của phân xưởng thứ i m: là tỷ lệ xích tùy chọn

Hình 3 Vòng tròn phụ tải

Vòng tròn phụ tải bao gồm hai phần: phần gạch ngang đại diện cho phụ tải động lực và phần màu trắng biểu thị cho phụ tải chiếu sáng Độ lớn góc α thể hiện mức công suất tính toán cho chiếu sáng.

Bảng 1.9 Biểu đồ phụ tải điện của các phân xưởng

) Pcs(kW) Sttpx(kVA) R(mm) αcs

3 PX nhuộm và in hoa 860.04 20.04 860.04 6.8 8.4

4 PX giặt và đóng gói thành phẩm 426.24 6.24 426.24 4.8 5.3

5 PX sửa chữa cơ khí 80.75 4.5 101.67 2.3 20.1

8 Ban quản lý và phòng thiết kế 115.37 10.365 115.37 2.5 32.3

9 Kho vật liệu trung tâm 51.25 11.25 51.25 1.6 79.0

Từ tính toán trên ta đưa ra được hình vẽ biểu đồ phụ tải điện:

Hình 4 Bản đồ phụ tải của nhà máy liên hợp dệt

THIẾT KẾ MẠNG CAO ÁP CHO NHÀ MÁY

Đặt vấn đề

Việc lựa chọn sơ đồ cung cấp điện có ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của hệ thống Một sơ đồ cung cấp điện hợp lý cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:

- Đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật

- Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

- Thuận tiện và linh hoạt trong vận hành

- An toàn cho người và thiết bị

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

- Đảm bảo các chỉ tiêu về mặt kinh tế

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

1 Vạch các phương án cung cấp điện

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

3 Tính toán kinh tế lựa chọn phương án hợp lý

4 Thiết kế chi tiết cho phương án được chọn

Xác định điện áp liên kết với nguồn

1.2.1 Lựa chọn cấp điện áp truyền tải phía cao áp cho nhà máy

Ta có biểu thức kinh nghiệm để xác định điện áp liên kết với nguồn:

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

P: Công suất tính toán tác dụng của toàn nhà máy (MW)

Với số liệu đề bài cho cho và bảng 11 ta có: L = 8 (km), P= 3800.93(MW)

Từ đó ta chọn mang điện trung áp với điện áp 35 kV

1.2.2 Phương án lựa chọn trạm biến áp phân xưởng

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

Vị trí của trạm biến áp (TBA) cần đáp ứng các tiêu chí quan trọng như: gần khu vực tiêu thụ điện, thuận lợi cho việc vận chuyển, lắp đặt, vận hành và sửa chữa, đồng thời đảm bảo an toàn và hiệu quả về mặt kinh tế.

Số lượng MBA trong các TBA được xác định dựa trên nhu cầu cung cấp điện của phụ tải Các TBA này phục vụ cho hộ tiêu thụ loại I và loại II.

II nên đặt 2 MBA, phụ tải loại III chỉ cần 1 MBA

• Dung lượng các MBA được lựa chọn theo điều kiện:

𝑆 đ𝑚 : là phụ tải tính toán máy biến áp

𝑁 𝐵 : là số máy biến áp trong trạm

𝑘 ℎ𝑐 : là hệ số điều chỉnh công suất định mức máy biến áp theo điều kiện vận hành

100 ) Trong bài tập lớn này, hệ số hiệu chỉnh coi như bằng 1 hay khc = 1

Ngoài ra công suất máy biến áp còn phải thỏa mãn điều kiện kiểm tra quá tải khi xảy ra sự cố:

Hệ số quá tải kqt được xác định là 1.4 khi máy biến áp hoạt động quá tải trong 5 ngày, mỗi ngày 6 giờ Trước khi xảy ra tình trạng quá tải, hệ số tải của máy biến áp phải nhỏ hơn hoặc bằng 0,75.

Công suất cần thiết khi xảy ra sự cố một máy biến áp (MBA) được gọi là \$S_{ttsc}\$ Trong trường hợp này, có thể loại bỏ một số phụ tải loại III để giảm bớt dung lượng của MBA Giả thiết rằng các hộ loại I có thể cắt 30% phụ tải loại III khi xảy ra sự cố, ta có công thức \$S_{ttsc} = 0,7 \cdot S_t\$ để tính toán.

❖ Trước khi đề xuất phương án cần phân loại phụ tải nhà máy, ta có bảng:

Bảng2.1 Phân loại phụ tải

STT Tên phân xưởng Loại hộ tiêu thụ

3 PX nhuộm và in hoa I

4 PX giặt là và đóng gói thành phẩm I

5 PX sửa chữa cơ khí III

8 Ban quản lý và phòng thiết kế III

9 Kho vật liệu trung tâm III

Phương án này sử dụng 4 TBA phân xưởng như sau:

Trạm cấp điện cho phân xưởng kéo sợi(1), ban quản lý và phòng thiết kế

(8), kho vật liệu trung tâm (9) Do phân xưởng là phụ tải loại I nên trạm có

2 máy Công suất mỗi máy:

2 = 730,17 (𝑘𝑉𝐴) Điều kiện kiểm tra khi sự cố

1,4 = 669,05(𝑘𝑉𝐴) Vậy ta chọn hai máy biến áp có công suất 𝑆 đ𝑚 = 750 (𝑘𝑉𝐴); 10/0,4(𝑘𝑉)

Trạm cấp điện cho phân xưởng dệt vải (2) Đặt 2 MBA làm việc song song Công suất định mức MBA:

2 = 1102,32 (𝑘𝑉𝐴) Điều kiện kiểm tra khi xảy ra sự cố

Vậy ta chọn hai máy biến áp có công suất định mức 𝑆 đ𝑚 1250 (𝑘𝑉𝐴); 10/0,4(𝑘𝑉)

Trạm cấp điện cho phân xưởng nhuộm và in hoa (3), phân xưởng giặt và đóng gói thành phẩm (4) Đặt 2 MBA làm việc song song

2 = 798,06 (𝑘𝑉𝐴) Điều kiện kiểm tra khi xảy ra sự cố:

Trạm cấp điện cho PX sửa chữa cơ khí (5), PX mộc (6), trạm bơm (7) Đặt

1 = 335,52 (𝑘𝑉𝐴) Vậy ta chọn hai máy biến áp có công suất định mức 𝑆 đ𝑚 400 (𝑘𝑉𝐴); 10/0,4(𝑘𝑉) b) Phương án 2

Phương án 2 sử dụng 5 TBA phân xưởng, như sau:

Trạm cấp điện cho phân xưởng kéo sợi (1) Đặt 2 MBA làm việc song song Công suất MBA:

2 = 621.27 (𝑘𝑉𝐴) Điều kiện kiểm tra khi xảy ra sự cố:

Trạm cấp điện cho phân xưởng dệt vải (2) Đặt 2 MBA làm việc song song Công suất MBA:

Trạm cấp điện cho phân xưởng nhuộm và in hoa (3) Đặt 2 MBA làm việc song song

Trạm cấp điện cho phân xưởng giặt và đóng gói thành phẩm (4), PX sửa chữa cơ khí (5), PX mộc (6) Đặt 2 MBA làm việc song song

Trạm cấp điện cho trạm bơm (7), ban quản lý và phòng thiết kế (8), kho vật liệu trung tâm (9) Đặt 1 MBA làm việc

1 = 335,52 (𝑘𝑉𝐴) Vậy ta chọn hai máy biến áp có công suất định mức 𝑆 đ𝑚 400 (𝑘𝑉𝐴); 10/0,4(𝑘𝑉)

Ta có bảng lựa chọn công suất máy biến áp cho 2 phương án trên:

Phương án 1: Đặt 4 Trạm biến áp:

Phương án 2: Đặt 5 Trạm biến áp:

Phương án cấp điện cho các trạm biến áp phân xưởng a) Phương án sử dụng trạm biến áp trung tâm(TBATT)

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

Giảm vốn đầu tư cho mạng điện cao áp và các trạm biến áp phân xưởng, đồng thời cải thiện độ tin cậy trong cung cấp điện và vận hành thuận lợi.

• Nhược điểm: Phải xây dựng TBATT, gia tăng tổn thất trong mạng điện cáo áp

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

2 = 6968,9 𝑘𝑉𝐴 Vậy MBA trung gian cần chọn có 𝑆 đ𝑚 = 7000 kVA Kiểm tra điều kiện (2.3)

1.4 = 6968,9 𝑘𝑉𝐴 b) Phương án sử dụng trạm phân phối trung tâm

Quản lý và vận hành mạng điện cao áp tại nhà máy mang lại nhiều lợi ích, bao gồm việc giảm tổn thất trong mạng và tăng cường độ tin cậy trong cung cấp điện.

• Nhược điểm: Vốn đầu tư lớn do phải xây dựng TPPTT

Khi điện áp nguồn không vượt quá 35 kV và công suất của các phân xưởng lớn, thường sử dụng thiết bị biến áp tự ngẫu (TPPTT) Trong trường hợp này, các máy biến áp (MBA) của phân xưởng có tỷ lệ biến đổi là 35/0,4 kV.

Lựa chọn phương án nối dây của mạng cao áp

Do nhà máy thuộc hộ tiêu thụ loại II nên đường dây từ TBATG – 110/22 ,

Đường dây trên không với dây nhôm lõi thép, lộ kép sẽ được sử dụng để kết nối trung tâm cung cấp (TBATT hoặc TPPTT) của nhà máy, cách xa 8 km Tiết diện dây được lựa chọn dựa trên mật độ dòng điện kinh tế.

Mạng cao áp trong nhà máy được thiết kế theo sơ đồ hình tia lộ kép, nhờ vào tính chất quan trọng của các phân xưởng và sơ đồ bố trí của chúng Sơ đồ này mang lại nhiều ưu điểm như độ tin cậy cao do các TBA phân xưởng được cấp điện từ hai đường dây, dễ dàng thực hiện các biện pháp bảo vệ và tự động hóa, cũng như thuận tiện trong vận hành Để đảm bảo mỹ quan và an toàn, các đường cáp được đặt trong hầm cáp xây dọc theo các tuyến giao thông nội bộ Từ những phân tích này, chúng tôi đề xuất bốn phương án thiết kế mạng cao áp.

Bảng 1 Tổng hợp các phương án

Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3 Phương án 4

Máy biến áp trung tâm 35/10 (kV)

Trạm phân phối trung tâm

Máy biến áp phân xưởng

Cáp dẫn Cấp điện áp

Máy cắt Máy cắt loại

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

Các công thức tính toán a) Hàm chi phí tính toán

Để so sánh và lựa chọn phương án hợp lý, chúng ta cần tính toán hàm chi phí và chỉ xem xét những phần khác nhau giữa các phương án nhằm giảm khối lượng tính toán.

+ 𝑎 𝑣ℎ : hệ số khấu hao vận hành , với đường cáp và trạm lấy 𝑎 𝑣ℎ = 0,1

+ 𝑎 𝑡𝑐 : hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư , ở Việt Nam lấy 𝑎 𝑡𝑐 = 0,2

+ K: Vốn đầu tư , trong so sánh tương đối giữa các phương án chỉ cần kể những phần khác nhau trong sơ đồ cấp điện

+ c: giá tiền 1kWh tổn thất điện năng , đ/kWh

Tổn thất điện năng trong mạng cao áp và hạ áp xí nghiệp được ký hiệu là ∆𝐴 Để xác định tổn thất điện năng trong máy biến áp, chúng ta áp dụng công thức cụ thể.

T: thời gian đóng điện của máy biến áp (thông thường T60h)

: thời gian tổn thất công suất lớn nhất  xác định theo công thức:

𝑁 𝐵 : số máy biến áp trong trạm

∆𝑃 0 , ∆𝑃 𝑁 : lần lượt là tổn thất công suất không tải và tồn thất công suất ngắn mạch

𝑆 𝑡𝑡 : công suất tính toán của máy biến áp

𝑆 đ𝑚𝐵𝐴 :công suất định mức máy biến áp

Nhà máy làm việc 3 ca, với Tmax = 2800(h) Vậy

𝜏 = (0,124 + 𝑇 𝑚𝑎𝑥 10 −4 ) 2 8760 = 1429,77(ℎ) a) Lựa chọn tiết diện dây dẫn tính toán tổn thất trên đường dây

Vì các đường dây cao áp cấp điện cho xí nghiệp thường ngắn, chúng thường được chọn theo điều kiện kinh tế (tức mật độ dòng kinh tế Jkt)

+ Imax: dòng điện tích toán cực đại

(Tra bảng B.2.10 trang 31, thiết kế cấp điện của Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm, NXB khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 2006)

Chọn dây phân phối là cáp đồng, với Tmax = 2800 h thì Jkt = 3,1 (𝐴/𝑚𝑚 2 )

Dựa vào Fkt tính được, tra bảng lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp gần nhất và kiểm tra điều kiện phát nóng:

+ 𝐼 𝑠𝑐 ∶ dòng điện khi sảy ra sự cố đứt 1 cáp , 𝐼 𝑠𝑐 = 2 𝐼 𝑚𝑎𝑥

+ 𝑘 1 : hệ số điều chỉnh theo nhiệt độ , 𝑘 1 = 1

+ 𝑘 2 : hệ số điều chỉnh về số dây cáp cùng đặt trong một rãnh Với các rãnh đặt 2 cáp, mỗi cáp cách nhau 300mm thì 𝑘 2 = 0.93

+ 𝐼 𝑐𝑝 : dòng điện cho phép dây dẫn được chọn

Khi cần có thể kiểm tra lại theo điều kiện tổn thất điện áp và phát nóng

∆𝑈 𝑐𝑝 là tổn thất điện áp cho phép, đối với mạng cao áo lấy: ∆𝑈 𝑐𝑝 < 5%𝑈 đ𝑚 Với cáp bắt buộc phải kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt dòng ngắn mạch

Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây:

• R là điện trở đường dây và được tính bởi công thức: 𝑅 = 1

• Với n là số dây song song

• 𝑟 0 là điện trở trên 1 km đường dây

• L là chiều dài đường dây (km )

28 a) Vốn đầu tư và tổn thất điện năng trong TBA

Dựa trên cơ sở đã chọn được MBA phân xưởng và máy biến áp trung gian ở mục a) của 1.2.2 ta có kết quả lựa chọn MBA:

Bảng 2 Máy biến áp các trạm phương án 1

Tổng vốn đầu tư mua máy biến áp là

Tổn thất điện năng trong TBA trung gian tính theo công thức (2.5):

7000) 2 2987,6553050kWh Tương tự với các trạm còn lại ta có bảng sau:

Bảng 3 Tổn thất điện năng trong các TBA phương án 1

Tên TBA Số máy Stt, Sđm deltaPo deltaPn delta A, kWh

(kVA) (kVA) (kW) (kW) (kWh)

Tổng tổn thất điện năng (∆𝑨 𝑩 ) 853672 b) Chọn dây dẫn và xác định tổn thất công suất, tổn thất điện năng trong mạng điện

1 Lựa chọn tiết diện dây dẫn cáp từ TBATG về 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

Theo công thức (2.8), dòng điện lớn nhất chạy trên 1 lộ đường cáp nối từ TBATG về TBA phân xưởng B1 là:

2√3 10 = 42,1𝐴 Tiết diện kinh tế của cáp tính theo công thức (2.7)

Trong bảng PL 4.56 sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0-500kV, chúng ta có thể chọn cáp với tiết diện gần nhất là F = 35 mm² và dòng điện định mức Icp = 170 A Để kiểm tra điều kiện phát nóng, ta áp dụng công thức (2.9).

Do vậy ta cần phải chọn tăng lên thành loại có F = 70 𝑚𝑚 2 có 𝐼 𝑐𝑝 = 245 A Kiểm tra điều kiện phát nóng thỏa mãn

Tương tự với các tuyến cao áp của các TBA phân xưởng còn lại Kết quả ghi trong bảng 17

* Loại hạ áp được sử dụng ở đây là cáp đồng 4 lõi cách điện PVC do Lens sản xuất

Dòng điện lớn nhất đi qua cáp 𝐵 4 − 1:

√3 0,38 = 329,62𝐴 Điều kiện chọn cáp : 𝐼 𝑐𝑝 ≥ 𝐼 𝑚𝑎𝑥 Tra phụ lục Tra bảng PL4.24 ta chọn tiết diện 4G95 có tiết diện 95𝑚𝑚 2 , 𝐼 𝑐𝑝 = 298 A Các hạ áp 𝐵 3 – 7, 𝐵 2 – 10, 𝐵 5 − 12

Bảng 4 Kết quả lựa chọn cáp cao áp và hạ áp phương án 2 Đường cáp

Stt Imax Fkt F, Icp L Đơn

Tổng vốn đầu tư đường dây, 𝑲 𝑫 742.72 Vậy vốn đầu tư: 𝐾 𝐷 = 742,72 10 6 đ

2 Tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng Đường cáp TBATG-B1 có tiết diện 2XLPE (3*70) có ro = 0,268 Ω/km, L 125m

2 𝑟 0 𝐿 = 0,5.0,268.125.0,001 = 0.017 Ω Tổn thất công suất tác dụng trên đoạn cáp này được tính theo công thức (2.12)

10 2 0,017 10 −3 = 0.36 𝑘𝑊 Tương tự với các đường cáp khác Ta có bảng:

Bảng 5 Tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây phương án 1 Đường cáp F L Ro, Ω

/km R Stt, kVA deltaP, kW

Tổng tốn thất công suất 53.31

Vậy tổn thất điện năng trên đường dây:

31 c) Vốn đầu tư mua sắm máy cắt

+ n : số máy cắt trong mạng cần xét đến

CB5 CB6 CB7 CB8 CB9 CB10 CB6 CB7 CB8 CB9 CB10 CB11

Hình 6 Sơ đồ trạm biến áp trung tâm phương án 1

Tổng có 15 máy cắt 10 kV và 2 máy cắt 35kV ở các vị trí sau :

+ 12 máy cắt cấp điện tại đầu 6 đường dây kép cấp điện cho các TBA phân xưởng

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

+ 2 máy cắt 10 kV ở phía hạ áp 2 MBA trung tâm

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

Vốn đầu tư máy cắt là :

𝐾 𝑚𝑐 = 𝑛 𝑀 = 𝑛 10 𝑀 10 + 𝑛 35 𝑀 35 120.10 6 + 2.160.10 6 !20 10 6 đồ𝑛𝑔 d) Chi phí tính toán phương án 1

• Tổng tổn thất điện năng trong mạng cao áp nhà máy :

• Chi phí tính toán phương pháp I :

( c00 đồng là giá thành bán điện cho nhà máy sản xuất)

Hình 7 Phương án 2 a) Tính toán vốn đầu tư và tổn thất cho các máy biến áp

Dựa trên cơ sở đã chọn được MBA phân xưởng và MBA trung gian ở mục b của 2.2.2 ta có kết quả lựa chọn MBA

Bảng 6 Thông số MBA phương án 2

UC/UH deltaPo kW deltaPn kW

Io% Un% Số máy Đơn Giá(*), 10^6 đ

Tổng vốn đầu tư TBA, 𝑲 𝑩 8550

Vậy vốn đầu tư máy biến áp là 𝐾 𝐵 = 8550.000.000 đồng

Tổng vốn đầu tư mua máy biến áp là: 𝐾 𝐵 = 8.550(𝑡ỷ𝑉𝑁𝐷)

Tổn thất điện năng trong TBA trung gian tính theo công thức (2.4):

5600) 2 2987,65 = 353050 kWh Tương tự với các trạm còn lại ta có bảng sau:

Tên TBA Số máy Stt, Sđm deltaPo deltaPn delta A, kWh

Tổng tổn thất điện năng 872325

Vậy tổn thất điện năng của các TBA là 𝛥𝐴 𝐵 = 872325 kWh b) Chọn dây dẫn và xác định tổn thất công suất, tổn thất điện năng trong mạng điện

1 Lựa chọn tiết diện dây dẫn cáp từ TBATG về 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

Theo công thức (2.8), dòng điện lớn nhất chạy trên 1 lộ của đường cáp nối từ TBATG về TBA phân xưởng B1 là:

2√3.10 = 42,13 A Tiết diện kinh tế của cáp tính theo công thức (2.7)

Tra bảng PL V.16 [ 1,305] , ta chọn được cáp có tiết diện gần nhất F= 35𝑚𝑚 2 , Icp = 170 A Kiểm tra điều kiện phát nóng theo công thức ( 2.9 ) :

Do vậy ta cần phải chọn tăng lên thành loại có F = 70 𝑚𝑚 2 có 𝐼 𝑐𝑝 = 245 A Kiểm tra lại điều kiện phát nóng thỏa mãn

Tương tự với các tuyến cáp cao áp của các TBA phân xưởng còn lại Kết quả ghi trong bảng 21

* Loại cáp hạ áp được sử dụng ở đây là cáp đồng 4 lõi cách điện PVC do Lens sản xuất

Dòng điện lớn nhất đi qua cáp B3-7:

√3.0,38 = 262,85 A Điều kiện chọn cáp : 𝐼 𝑐𝑝 ≥ 𝐼 𝑚𝑎𝑥 Tra phụ lục PL31 [1,170] ta chọn dây 4G240 có tiết diện 240+95 𝑚𝑚 2 , 𝐼 𝑐𝑝 = 538 A

Cáp B4-1 dẫn điện đến phụ tải loại III được chọn như sau:

√3.0,38 = 329,62A Điều kiện chọn cáp : 𝐼 𝑐𝑝 ≥ 𝐼 𝑚𝑎𝑥 Tra phụ lục PL31 [1,170] ta chọn tiết diện 4G95 có tiết diện 95𝑚𝑚 2 , 𝐼 𝑐𝑝 = 298 A

Bảng 8 Kết quả lựa chọn cáp cao áp và hạ áp phương án 2 Đường cáp

Tổng vốn đầu tư đường dây 𝑲 𝑫 756.54

Vậy vốn đầu tư dây cáp : 𝐾 𝐷 = 756,54 triệu đồng

2 Tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng Đường cáp TBATG-B1 có tiết diện 2XLPE (3*70) có ro = 0,268 Ω/km, L 125m

2 𝑟 0 𝐿 = 0,5.0,268.125.0.268= 0,017 Ω Tổn thất công suất tác dụng trên đoạn cáp này được tính theo công thức (2.11)

10 2 0,017 10 −3 = 0.36 𝑘𝑊 Tương tự với các đường cáp khác Ta có bảng:

Bảng 9 Tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây phương án 2 Đường cáp F

Tổng tổn thất công suất 56.30

Vậy tổn thất điện năng trên đường dây là :

36 c) Vốn đầu tư mua sắm máy cắt

Hình 8 Sơ đồ trạm biến áp trung tâm phương án 2

Tổng có 15 máy cắt 10 kV và 2 máy cắt 35kV ở các vị trí sau:

+ 12 máy cắt cấp điện tại 6 đường dây kéo cấp điện cho các TBA phân xưởng

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

+ 2 máy cắt 10 kV ở phía hạ áp 2 MBA trung tâm

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

Vốn đầu tư máy cắt là:

𝐾 𝑚𝑐 = 𝑛 𝑀 = 𝑛 10 𝑀 10 + 𝑛 35 𝑀 35 = 17.120.10 6 +2.160.10 6 = 2360 10 6 đồ𝑛𝑔 d) Chi phí tính toán phương án 2

• Tổng tổn thất điện năng trong mạng cao áp nhà máy

• Chí phí tính toán phương án II

(c00 đồng là giá thành bán điện cho nhà máy sản xuất)

Hình 9 Phương án 3 a) Tính toán vốn đầu tư và tổn thất cho các máy biến áp

Dựa trên cơ sở đã chọn được MBA phân xưởng và MBA trung gian ở mục b của 2.2.2 ta có kết quả lựa chọn MBA

UC/UH deltaPo kW deltaPn kW

Tổng vốn đầu tư TBA, 𝑲 𝑩 8376

Vậy vốn đầu tư máy biến áp là 𝐾 𝐵 = 8376 tỉ đồng

Tổn thất điện năng trong TBA B1 theo công thức (2.6):

750 ) 2 2987,65 = 66001 kWh Tương tự với các trạm còn lại ta có bảng sau

Số máy Stt, Sđm deltaPo deltaPn delta A, kWh

Tổng tổn thất điện năng 566262

Vậy tổn thất điện năng của các TBA là 𝛥𝐴 𝐵 = 566262 𝑘𝑊ℎ b) Chọn dây dẫn và xác định tổn thất công suất, tổn thất điện năng trong mạng điện

1 Lựa chọn tiết diện dây cáp từ TPPTT về TBA phân xưởng

Theo công thức (2.7 ) , dòng điện lớn nhất chạy trên 1 lộ của đường cáp nối từ TPPTT về TBA phân xưởng B1 là:

2√3.35 = 12,04 A Tiết diện kinh tế của cáp tính theo công thức (2.6 )

Tra bảng PL V.16 [ 1,305] , ta chọn được cáp có tiết diện F= 50𝑚𝑚 2 , Icp = 200A

Kiểm tra điều kiện phát nóng theo công thức ( 2.8 ):

* Loại hạ áp được tính toán giống như phương án 1

Bảng 12 Kết quả lựa chọn cáp cao áp và hạ áp phương án 3 Đường

Tổng vốn đầu tư đường dây, KD 916.75

Vậy vốn đầu tư dây cáp là: 𝐾 𝐷 = 916.75 triệu đồng

2 Tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng Đường cáp TBATG-B1 có tiết diện 2XLPE (3*50) có ro = 0,5 Ω/km, L5m

2 𝑟 0 𝐿 = 0,5.0,5.125.0,001 = 0,031 Ω Tổn thất công suất tác dụng trên đoạn cáp này được tính theo công thức (2.11)

35 2 0,031 10 −3 = 0,05 𝑘𝑊 Tương tự với các đường cáp khác Ta có bảng:

Bảng 13 Tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây phương án 3 Đường dây F, mm L Ro Om/km R, ôm Stt delta PD

Tổng tổn thất công suất 17.05

Vậy tổn thất điện năng trên đường dây là :

𝛥𝐴 𝐷 = 𝛴𝛥𝑃 𝜏 = 17,05 2987,65 = 50936,92 kWh c) Vốn đầu tư mua sắm máy cắt

Hình 10 Sơ đồ trạm phân phối trung tâm phương án 3

Tổng có 15 máy cắt 35kV ở các vị trí sau :

+ 12 máy cắt cấp điện tại đầu 6 đường dây kép cấp điện cho các TBA phân xưởng + 1 máy cắt phân đoạn thanh góp 35 kV ở TBATT

+ 2 máy cắt 35kV ở đầu vào 2TPPTT của 2 lộ đường dây trên không,

𝐾 𝑚𝑐 = 𝑛 𝑀 x 160.10 6 = 2400 10 6 đồ𝑛𝑔 d) Chi phí tính toán phương án 3

• Tổng tổn thất điện năng trong mạng cao áp nhà máy:

• Chí phí tính toán phương án 3:

(c = 1000 đồng là giá thành bán điện cho nhà máy sản xuất)

Phương án 4 a) Tính toán vốn đầu tư và tổn thất các máy biến áp

Dựa trên cơ sở đã chọn được MBA phương xưởng và MBA trung gian ở mục 2.2.2 ta có kết quả lựa chọn MBA

UC/UH deltaPo kW deltaP kW

Tổng vốn đầu tư TBA, KB 8416

Vậy vốn đầu tư máy biến áp là 𝐾 𝐵 = 8416 tỉ đồng

TBA Số máy Stt, Sđm deltaPo deltaPn delta A, kWh

Tổng tốn thất điện năng 565042

Vậy tổn thất điện năng của các TBA là 𝛥𝐴 𝐵 = 565042 kWh

43 b) Chọn dây dẫn và xác định tổn thất công suất, tổn thất điện năng trong mạng điện

1 Lựa chọn tiết diện dây dẫn từ TPPTT về TBA phân xưởng B1

Theo công thức (2.7 ) , dòng điện lớn nhất chạy trên 1 lộ của đường cáp nối từ TBATG về TBA phân xưởng B1 là :

2√3.35 = 12,04 A Tiết diện kinh tế của cáp tính theo công thức (2.6 )

Tra bảng PL V.16 [ 1,305] , ta chọn được cáp có tiết diện F= 50𝑚𝑚 2 , Icp = 200A Kiểm tra điều kiện phát nóng theo công thức ( 2.8 ):

* Loại cáp hạ áp được lựa chọn như Phương án 2

Bảng 16 Kết quả lựa chọn cáp cao áp và hạ áp phương án 4 Đường cáp Stt Imax Fkt F, Icp L Đơn

(kVA) (A) mm^2 mm^2 A (m) triệu đồng / m triệu đồng

Tổng vốn đầu tư đường dây KD 904,25

Vậy vốn đầu tư dây cáp : 𝐾 𝐷 = 904,25 triệu đồng

2 Tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng Đường cáp TBATG-B1 có tiết diện 2XLPE (3*50) có ro = 0,5 Ω/km, L= 125m

2 𝑟 0 𝐿 = 0,5.0,5.125.0,001 = 0,031 Ω Tổn thất công suất tác dụng trên đoạn cáp này được tính theo công thức (2.11)

35 2 0,031 10 −3 = 0,67 𝑘𝑊 Tương tự với các đường cáp khác Ta có bảng:

Bảng 17 Tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây phương án 4 Đường cáp F mm 2

Tổng tổn thất công suất 31,40

Vậy tổn thất điện năng trên đường dây là:

𝛥𝐴 𝐷 = 𝛴𝛥𝑃 𝜏 = 31,40 2987,65 = 93825kWh c) Vốn đầu tư mua sắm máy cắt

𝐾 𝑚𝑐 = 𝑛 35 𝑀 35 + n : số máy cắt trong mạng cần xét đến

Hình 12 Sơ đồ trạm phân phối trung tâm phương án 4

Tổng có 17 máy cắt 35kV ở các vị trí sau :

+ 14 máy cắt cấp điện tại đầu 6 đường dây kép cấp điện cho các TBA phân xưởng

+ 1 máy cắt phân đoạn thanh góp 35 kV

+ 2 máy cắt 35kV ở đầu vào 2TPPTT của 2 lộ đường dây trên không

𝐾 𝑚𝑐 = 𝑛 35 𝑀 35 = 17 x 160.10 6 = 2720 10 6 đồ𝑛𝑔 d) Chi phí tính toán phương án 4

• Tổng tổn thất điện năng trong mạng cao áp nhà máy

• Chí phí tính toán phương án 4:

(c 00 đồng là giá thành bán điện cho nhà máy sản xuất)

Tiêu đề	Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy chế tạo máy kéo
Tác giả	Vũ Trọng Hậu
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Đức Tuyên
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ thuật Điều Khiển và Tự Động Hóa
Thể loại	Bài tập lớn
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	87
Dung lượng	2,14 MB