Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho Nhà máy

SỐ TRÊN CÔNG SUẤT ĐẶT kW Phụ tải điện nhà máy cơ khí công nghiệp địa phương Danh sách thiết bị phân xưởng sửa chữa cơ khí Bản vẽ số 2... Như chúng ta đã biết, ngành cơ khí là một ng

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế Hệ Thống Cung Cấp Điện cho Nhà máy cơ khí công nghiệp địa

phương

Cung cấp điện

THIẾT KẾ MÔN HỌC

HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

Tên đề thiết kế: Thiết kế HTCCĐ cho nhà máy (ghi theo bản vẽ kèm theo)

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

1 Mở đầu:

1.1 Giới thiệu chung về nhà máy: vị trí địa lý, kinh tế, đặc điểm công nghệ; đặc điểm

và phân bố của phụ tải; phân loại phụ tải điện…

1.2 Nội dung tính toán, thiết kế, các tài liệu tham khảo…

2 Xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng và toàn nhà máy

3 Thiết kế mạng điện cao áp cho toàn nhà máy:

3.1 Lựa chọn cấp điện áp truyền tải điện từ hệ thống điện về nhà máy

3.2 Lựa chọn số lượng, dung lượng và vị trí đặt trạm biến áp trung gian (trạm biến áp chính) hoặc trạm phân phối trung tâm

3.3 Lựa chọn số lượng, dung lượng và vị trí đặt các trạm biến áp phân xưởng

3.4 Lập và lựa chọn sơ đồ cung cấp điện cho nhà máy

3.5 Thiết kế chi tiết HTCCĐ theo sơ đồ đã lựa chọn

4 Thiết kế mạng điện hạ áp cho phân xưởng Sửa chữa cơ khí

5 Tính toán bù công suất phản kháng để nâng cao cos cho nhà máy

6 Thiết kế hệ thống chiếu sáng chung cho phân xưởng Sửa chữa cơ khí

CÁC BẢN VẼ TRÊN KHỔ GIẤY A 0

1 Sơ đồ nguyên lý HTCCĐ toàn nhà máy (mạng điện cao áp)

2 Sơ đồ nguyên lý mạng điện hạ áp của phân xưởng Sửa chữa cơ khí

CÁC SỐ LIỆU VỀ NGUỒN ĐIỆN VÀ NHÀ MÁY

1 Điện áp: tự chọn theo công suất của nhà máy và khoảng cách từ nhà máy đến TBA khu vực (hệ thống điện)

2 Công suất của nguồn điện: vô cùng lớn

3 Dung lượng ngắn mạch về phía hạ áp của TBA khu vực: 250MVA

4 Đường dây nối từ TBA khu vực về nhà máy dùng loại dây AC hoặc cáp XLPE

5 Khoảng cách từ TBA khu vực đến nhà máy: 15 km

6 Nhà máy làm việc 3 ca

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Cung cấp điện

2

Nhà máy công cơ khí công nghiệp địa phương (mặt bằng nhà máy số 8)

SỐ TRÊN

CÔNG SUẤT ĐẶT

( kW )

Phụ tải điện nhà máy cơ khí công nghiệp địa phương

Danh sách thiết bị phân xưởng sửa chữa cơ khí (Bản vẽ số 2)

Cung cấp điện

TT Tên thiết bị Số

lượng Nhãn hiệu 1 Máy PĐM (kW) Toàn bộ

Bộ phận máy

Cung cấp điện

4

Bộ phận nhiệt luyện

40 Tủ điều khiển lò điện 1 - - -

Bộ phận sữa chữa

Cung cấp điện

Bộ phận sữa chữa điện

Cung cấp điện

Kho phô tïng vμ vËt liÖu

Phßng thö nghiÖm

30

43 44

MÆt b»ng ph©n x−ëng SCCK - B¶n vÏ sè 2 TØ lÖ 1:10

28

7 15

24

30

38 41

32

40 38 36 39 35

30

31 33

67

68 63

70

64 66

64

64

62

54

55

53

43 47

60 46

63

58

57 59

50 49

45 60

51

Khu l¾p r¸p

Bé phËn rÌn Bé phËn söa ch÷a ®iÖn

Kho thμnh phÈm

Bé phËn m¸y c«ng cô

1 2

2 2

5 5

6 28 19 18

29

20 13

8 10

17 13

13 13

12 12

42 48

Bé phËn nhiÖt luyÖn

Phßng kiÓm tra kü thuËt Bé phËn mμi

Bé phËn khu«n

Cung cấp điện

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU……… 8 CHƯƠNG 1:Mở đầu………9 CHƯƠNG 2:Xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng,nhà máy………12 CHƯƠNG 3:Thiết kế mạng cao áp của toàn nhà máy……… 36 CHƯƠNG 4:Thiết kế mạng hạ áp của phân xưởng sửa chữa cơ khí…………77 CHƯƠNG 5:Tính toán bù công suất phản kháng……… 89 CHƯƠNG 6:Thiết kế hệ thống chiếu sáng chung của phân xưởng sửa chữa cơ khí……….94

Cung cấp điện

8

LỜI NÓI ĐẦU

Trong sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa nước nhà hiện nay thì ngành

Công nghiệp Điện năng đã thực sự trở thành một ngành công nghiệp mũi nhọn, và vai trò của nó đối với các ngành công nghiệp khác ngày càng được khẳng định Có thể nói, phát triển công nghiệp, đẩy mạnh công cuộc đổi mới đất nước đã gắn liền với sự phát triển của ngành công nghiệp Điện năng

Khi xây dựng một nhà máy mới, một khu công nghiệp mới hay một khu dân

cư mới…thì việc đầu tiên phải tính đến là xây dựng một hệ thống cung cấp điện để phục vụ cho nhu cầu sản xuất và sinh hoạt cho khu vực đó

đang ngày một khởi sắc, các nhà máy, xí nghiệp không ngừng được xây dựng Gắn liền với các công trình đó là hệ thống cung cấp điện được thiết kế và xây dựng Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, cùng với những kiến thức được học tại Trường đại học Bách Khoa Hà Nội, em đã nhận được đề tài thiết kế môn học : Thiết kế Hệ

Thống Cung Cấp Điện cho Nhà máy cơ khí công nghiệp địa phương Đây là một

đề tài thiết kế rất bổ ích, vì thực tế những nhà máy Công nghiệp Địa phương ở nước

ta vẫn còn đang trong giai đoạn phát triển, tìm tòi, hoàn thiện và đi lên

Trong thời gian làm bài tập dài vừa qua, với sự cố gắng nỗ lực của bản thân,

cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn Phan Đăng Khải, em đã

hoàn thành xong bài tập môn học của mình

Một lần nữa, em xin gửi đến thầy Phan Đăng Khải, cùng các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ Thống Điện lòng biết ơn sâu sắc nhất

Hà Nội, ngày 25 tháng 11 năm 2005

Sinh viên

Phạm Năng Văn

Cung cấp điện

I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY

Nhà máy cơ khí công nghiệp địa phương là nhà máy có 100% vốn đầu tư của

Nhà nước, do địa phương quản lý, có nhiệm vụ sản xuất các loại máy công cụ, phục vụ cho nhu cầu của địa phương và các vùng lân cận Toàn bộ khuôn viên

nhà máy lớn với tổng công suất hơn 9000 kW bao gồm 9 phân xưởng, làm việc

3 ca

Như chúng ta đã biết, ngành cơ khí là một ngành sản xuất hết sức quan trọng, đóng vai trò then chốt trong nền kinh tế quốc dân.Kinh tế càng phát triển thì nhu cầu cũng như yêu cầu về chất lượng với các máy móc cơ khí càng tăng.Với nhiệm vụ là nhà máy chế tạo ra các loại máy công cụ, nhà máy cơ khí số I đóng vai trò rất quan trọng đối với lĩnh vực sản xuất công nghiệp trong cả nước.Do tầm quan trọng của nhà máy như vậy, nên khi thiết kế cung cấp điện, nhà máy được xếp vào hộ tiêu thụ loại I, đòi hỏi độ tin cậy cấp điện cao nhất.Trong phạm

vi nhà máy, các phân xưởng tùy theo vai trò và qui trình công nghệ, được xếp vào hộ tiêu thụ loại I: các phân xưởng quan trọng nằm trong dây chuyền sản xuất khép kín, hoặc loại II: các phân xưởng phụ, bộ phận hành chính …

Năng lượng điện cung cấp cho nhà máy được lấy từ hệ thống lưới điện quốc gia thông qua trạm biến áp trung gian cách nhà máy 15km.Về phụ tải điện : do sản xuất theo dây chuyền, nên hệ thống phụ tải của nhà máy phân bố tương đối tập trung, đa số phụ tải của nhà máy là các động cơ điện, có cấp điện áp chủ yếu

là 0,4 kV; có một số ít thiết bị công suất lớn làm việc ở cấp điện áp 3 kV: lò nhiệt, các động cơ công suất lớn …Tương ứng với qui trình và tổ chức sản xuất,

Trong chiến lược sản xuất và phát triển, nhà máy sẽ thường xuyên nâng cấp, cải tiến qui trình kỹ thuật, cũng như linh hoạt chuyển sang sản xuất cả các sản phẩm phù hợp với nhu cầu của nền kinh tế.Do vậy, trong quá trình thiết kế cung cấp điện, sẽ có sự chú ý đến yếu tố phát triển, mở rộng trong tương lai gần 2-3 năm cũng như 5-10 năm của nhà máy

Danh sách và công suất lắp đặt của nhà máy cho trong bảng 1.1

Cung cấp điện

10

Số trên

mặt bằng Tên phân xưởng

Công suất đặt

kW

8 Văn phòng và phòng thiết kế 80

9 Trạm bơm 130

Bảng 1.1- Danh sách các phân xưởng và nhà làm việc trong nhà máy

II NỘI DUNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHÍNH

Hệ thống cung cấp điện hiểu theo nghĩa rộng bao gồm: các khâu phát điện,

truyền tải và phân phối điện năng.Đối với nhà máy đang xét, hệ thống cung cấp

điện hiểu theo nghĩa hẹp là: hệ thống truyền tải và phân phối điện năng, làm nhiệm

vụ cung cấp điện cho một khu vực nhất định.Nguồn của hệ thống cung cấp này lấy

từ hệ thống lưới điện quốc gia với cấp thích hợp ( thường dùng cấp điện áp từ trung

bình trở xuống : 35 kV, 10kV, 6kV)

Việc thiết kế cung cấp điện với mục tiêu cơ bản là : đảm bảo cho hộ tiêu thụ

có đủ lượng điện năng yêu cầu, với chất lượng điện tốt.Các yêu cầu chính đối với

một hệ thống cung cấp điện được thiết kế bao gồm: độ tin cậy cung cấp điện, chất

lượng điện,an toàn cung cấp điện, kinh tế Tùy theo qui mô của công trình lớn hay

nhỏ, mà các thiết kế có thể phân ra cụ thể hoặc gộp một số bước với nhau Mỗi giai

đoạn và vị trí thiết kế lại có các phương án riêng phù hợp

Đối với nhà máy cơ khí địa phương, các bước thiết kế hệ thống cung cấp

điện gồm:

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

3.Thiết kế mạng điện cao áp cho toàn nhà máy :

a) Chọn số lượng, dung lượng và vị trí lắp đặt các trạm biến áp phân xưởng

b) Chọn số lượng, dung lượng và vị trí lắp đặt các trạm biến áp trung gian (Trạm biến áp xí nghiệp ) hoặc trạm phân phối trung tâm

c) Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy

4.Tính toán bù công suất phản kháng cho HTCCĐ của nhà máy

5.Thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng sửa chữa cơ khí

Cung cấp điện

III CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Trường ĐHBK Hà Nội- Bộ môn phát dẫn điện - Giáo trình cung

cấp điện xí nghiệp công nghiệp : năm 1978

2 Nguyễn Văn Đạm –Phan Đăng Khải : Mạng và hệ thống điện:

1992

3 Ngô Hồng Quang – Vũ Văn Tẩm : Thiết kế cấp điện : NXB

KHKT 2001

4 Nguyễn Công Hiền (chủ biên)-Nguyễn Mạnh Hoạch: Hệ thống

cung cấp điện của xí nghiệp công nghiệp, đô thị và nhà cao tầng: : NXB KHKT -2001

Cung cấp điện

12

CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA CÁC PHÂN XƯỞNG VÀ TOÀN NHÀ MÁY

§2.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

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 đến 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 (PTTT),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…PTTT còn được dùng để tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng, tổn thất điện áp, lựa chọn dung lượng bù công suất phản kháng…PTTT phụ thuộc vào nhiều 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 PTTT xác định được nhỏ hơn phụ tải thực tế thì sẽ làm giảm tuổi thọ của thiết bị điện, có khả năng dẫn đến cháy nổ…Ngược lại, các thiết bị được chọn nếu dư thừa công suất sẽ làm ứ đọng vốn đầu tư, gia tăng tổn thất…Cũng vì vậy, đã có nhiều công trình nghiên cứu về phương pháp xác định PTTT, song cho đến nay vẫn chưa có được phương pháp nào thật hoàn thiện.Những phương pháp có kết quả đủ tin cậy thì lại quá phức tạp, khối lượng tính toán và các thông tin ban đầu đòi hỏi quá lớn và ngược lại.Có thể đưa ra đây một số phương pháp thường sử dụng nhiều hơn cả để xác định PTTT khi quy hoạch và thiết kế hệ thống cung cấp điện:

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

hệ số nhu cầu knc

Ptt= knc.Pđ

2.Phương pháp xác định PTTT theo hình dáng của đồ thị phụ tải và công suất trung bình :

Ptt= khd.Ptb

Cung cấp điện

Ptb

t 0

P(t)dt

A

3.Phương pháp xác định PTTT theo công suất trung bình và độ lệch của

đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình :

Trong đó :

4.Phương pháp xác định PTTT theo công suất trung bình và hệ số cực đại

tt max sd dm

kmax=f(nhq,ksd)

5.Phương pháp xác định PTTT theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm:

0 tt max

a M P

T

=

M-số sản phẩm sản xuất được trong một năm

Phương pháp này thường được dùng để xác định PTTT cho các XNCN có số phụ tải ít, sản xuất tương đối ổn định

6.Phương pháp xác định PTTT theo suất trang bị điện trên đơn vị diện tích:

Ptt=p Fo

Trong đó:

Cung cấp điện

14

nghiệm thiết kế và vận hành để xác định PTTT nên chỉ cho kết quả gần đúng .Tuy nhiên, chúng khá đơn giản và tiện lợi.Các phương pháp còn lại xây dựng trên cơ sở lý thuyết xác suất thống kê, có xét đến nhiều yếu tố Do đó,

có kết quả chính xác hơn, nhưng khối lượng tính toán lớn và phức tạp

Tùy theo yêu cầu tính toán và những thông tin có thể có được về phụ tải, người thiết kế có thể lựa chọn các phương pháp thích hợp để xác định PTTT

Trong bài tập này, với phân xưởng sửa chữa cơ khí, ta đã biết vị trí, công suất đặt và chế độ làm việc của từng thiết bị trong phân xưởng Nên khi tính toán phụ tải động lực của phân xưởng có thể sử dụng phương pháp xác định PTTT theo công suất trung bình và hệ số cực đại Các phân xưởng còn lại, do chỉ biết diện tích và công suất đặt của nó, nên để xác định phụ tải động lực của các phân xưởng này, ta áp dụng phương pháp tính theo công suất đặt và hệ số nhu cầu Phụ tải chiếu sáng của các phân xưởng được xác định theo phương pháp suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích sản xuất

§2.2.XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA PHÂN XƯỞNG

SỬA CHỮA CƠ KHÍ

Phân xưởng sửa chữa cơ khí là phân xưởng sửa chữa số 3 trong sơ đồ mặt

xưởng có 70 thiết bị, công suất của các thiết bị rất khác nhau, thiết bị có công suất lớn nhất là 30 kW (lò điện), song cũng có những thiết bị có công suất rất nhỏ (0,5kW) Phần lớn các thiết bị có chế độ làm việc dài hạn, chỉ có máy biến áp hàn (số 57) là có chế độ ngắn hạn lặp lại Những đặc điểm này cần được quan tâm khi phân nhóm phụ tải, xác định PTTT và lựa chọn phương án thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng

I.Giới thiệu phương pháp xác định PTTT theo công suất trung bình P tb và

k max (còn gọi là phương pháp số thiết bị dùng điện hiệu quả n hq ):

i 1

=

Trong đó :

n - số thiết bị trong nhóm

Cung cấp điện

n sdi dmi

i 1

dmi

i 1

k P k

P

=

=

∑

kmax=f (n ,k )hq sd

chế độ làm việc, gây ra một hiệu quả phát nhiệt (hoặc mức độ hủy hoại cách điện ) đúng bằng phụ tải thực tế (có công suất và chế độ làm việc khác

tổng quát sau:

n

2 dmi

i 1

2 dmi

i 1

n

(P )

=

=

Trong đó:

n -số thiết bị có trong nhóm

a.Trường hợp m= dm max

dm min

P

3

chúng không lớn hơn 5% tổng công suất của cả nhóm thì :

1

trong nhóm

trong nhóm

b.Trường hợp m >3 và k ≥0,2

Cung cấp điện

16

c.Khi không áp dụng được các trường hợp trên , việc xác định nhq

phải được tiến hành theo trình tự:

Trước hết tính : n

n

n1

P

P1

*=

n – số thiết bị trong nhóm

của thiết bị có công suất lớn nhất

nhq∗=f (n ,P )∗ ∗

nhq=n nhq∗

công thức gần đúng sau:

PTTT được tính theo công thức:

1 P

PTTT được tính theo công thức:

1

k P

xác,hệ số phụ tải có thể lấy gần đúng như sau:

PTTT được tính theo công thức:

1 1,05.k P

• Đối với thiết bị có đồ thị phụ tải bằng phẳng (các máy

bơm, quạt nén khí…), PTTT có thể lấy bằng phụ tải trung bình:

Cung cấp điện

1

• Nếu trong mạng có các thiết bị một pha cần phải phân

phối đều các thiết bị cho ba pha của mạng, trước khi xác định n hq , phải qui đổi công suất của các phụ tải một pha

về ba pha tương đương:

-Nếu các thiết bị một pha đấu vào điện áp pha:

Pqđ=3.Ppha max -Nếu các thiết bị một pha đấu vào điện áp dây:

Pqđ= 3.Ppha max

• Nếu trong nhóm có thiết bị tiêu thụ điện làm việc ở chế

độ ngắn hạn lặp lại thì phải qui đổi về chế độ dài hạn trước khi xác định n hq theo công thức:

đm

máy

II.Trình tự xác định PTTT theo phương pháp P tb và K max

1.Phân nhóm phụ tải

việc rất khác nhau, muốn xác định PTTT được chính xác cần phải phân nhóm thiết

bị điện Việc phân nhóm thiết bị điện cần phải tuân theo nguyên tắc sau:

1 Các thiết bị trong cùng một nhóm nên ở gần nhau để giảm đi chiều dài đường dây hạ áp, nhờ vậy có thể tiết kiệm được vốn đầu tư và tổn thất trên các đường dây hạ áp trong phân xưởng

2 Chế độ làm việc của các thiết bị trong cùng một nhóm nên giống nhau

để việc xác định PTTT được chính xác hơn và thuận lợi cho việc lựa chọn phương thức cung cấp điện cho nhóm

3 Tổng công suất các nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại tủ động lực cần dùng trong phân xưởng và toàn nhà máy Số thiết bị trong cùng nhóm cũng không nên quá nhiều bởi vì số đầu ra của tủ động lực thường

vậy, người thiết kế cần phải lựa chọn cách phân nhóm sao cho hợp lý nhất