Đồ Án -chuyên ngành điện - Môn Học Cung Cấp Điện Phân Xưởng 5 tầng

ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN MÔN HỌC CUNG CẤP ĐIỆN THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO MỘT PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT CÔNG NGHIỆP Sinh viên Lê Ngọc Trung Giáo viên h[.]

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CUNG CẤP ĐIỆN THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO MỘT PHÂN XƯỞNG

SẢN XUẤT CÔNG NGHIỆP

Sinh viên : Lê Ngọc Trung

Giáo viên hướng dẫn : Phạm Anh Tuân

Lớp : Đ5H1

Tên đồ án : Thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng sản xuất công

nghiệp

A.Dữ kiện về phân xưởng :

Tỷ lệ phụ tải điện loại I là 60%

Hao tổn điện áp cho phép trong mạng điện hạ áp ∆Ucp = 5%

Hệ số công suất cần nâng lên là cos = 0,90

Hệ số chiết khấu: i = 12%

Thời gian sử dụng công suất cực đại: TM = 4000h

Công suất ngắn mạch tại điểm đấu điện: Sk = 150 MVA

Thời gian tồn tại của dòng ngắn mạch tk = 2,5s

Khoảng cách từ nguồn điện đến trung tâm của phân xưởng: L = 200m

Chiều cao nhà xưởng H = 4,2 m

Giá thành tổn thất điện năng C∆ = 1500đ/kWh

Suất thiệt hại do mất điện gth = 10000đ/kWh

Đơn giá tụ bù là 140.103 đ/kVAr

Chi phí vận hành tụ bằng 2% vốn đầu tư

Suất tổn thất trong tụ ΔPP=0 ,0025 kW/kVAr.

Giá điện trung bình g = 1400đ/kWh

Điện áp lưới phân phối là 22 kV

Phân xưởng sản xuất công nghiệp

Phụ tải của phân xưởng sản xuất công nghiệp

LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước ta đang trong công cuộc công nhiệp hoá , hiện đại hoá Nhu cầu điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp , nông nghiệp , dịch vụ và sinh hoạt tăng trưởng không ngừng đi cùngvới quá trình phát triển kinh

tế Do đó đòi hỏi rất nhiều công trình cung cấp điện Đặc biệt rất cần các công trình có chất lượng cao, đảm bảo cung cấp điện liên tục, phục

vụ tốt cho sự phát triển của các nghành trong nền kinh tế quốc dân

Trong đó có lĩnh vực công nghiệp là 1 trong các ngành kinh tế trọng điểm của đất nước , được Nhà nước và Chính phủ ưu tiên phát triển vì

có vai trò quan trọng trong kế hoạch đưa nước ta trở thành nước công nghiệp vào năm 2020 Thiết kế cung cấp điện cho nghành này vì thế là

1 công việc khó khăn , đòi hỏi sự cẩn thận cao Phụ tải của ngành phần lớn là phụ tải hộ loại 1, đòi hỏi độ tin cậy cung cấp điện cao Một

phương án cung cấp điện hợp lý là 1 phương án kết hợp hài hòa được các chỉ tiêu kinh tế, kĩ thuật , đảm bảo đơn giản trong sửa chữa và vận hành thuận tiện , đảm bảo chất lượng điện năng Hơn nữa cần áp dụng các thiết bị cùng các thiết kế hiện đại và có khả năng mở rộng trong tương lai

Dưới sự hướng dẫn của thầy Phạm Anh Tuân, em được nhận đề tài Thiết kế cung cấp điện cho 1 phân xưởng sản xuất công nghiệp Đồ án bao gồm 1 số phần chính như chọn máy và vị trí đặt trạm biến áp , chọn dây và các phần tử bảo vệ , hạch toán công trình Việc làm đồ án đã giúp chúng em điều kiện áp dụng những kiến thức đã học và tích lũy thêm được nhiều kinh nghiệm Đây là 1 đồ án có tính thực tiễn rất cao , chắc chắn sẽ giúp ích cho em rất nhiều trong công tác sau này

Trong quá trình thực hiện đồ án , em đã nhận được sự chỉ bảo rất tận tình của thầy Phạm Anh Tuân cùng các thầy cô trong khoa Hệ Thống Điện Do trình độ còn hạn chế nên việc thực hiện đồ án còn nhiều thiếu xót Em rất mong nhận thêm được nhiều sự chỉ dẫn của thầy cô để em hoàn thiện hơn cho đồ án

Em xin chân thành cảm ơn

Hà Nội tháng 5 năm 2013

Sinh viên thực hiện

Lê Ngoc Trung

CHƯƠNG I THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG CHO PHÂN XƯỞNG

1.1 Tính toán lựa chọn đèn.

1.1.1 Yêu cầu chung

Thiết kế chiếu sang phải đẩm bảo các yêu cầu sau

 Không bị lóa mắt

 Không lóa do phản xạ

 Không có bóng tối

 Phải có độ rọi đồng đều

 Phải đảm bảo độ sáng đủ ổn định

 Phải tạo được ánh sáng giống ánh sáng ban ngày

Các phân xưởng sản xuất ít dùng đèn huỳnh quang vì đèn huỳnh quang tần số

f = 50Hz gây ra ảo giác không quay đối với các động cơ không đồng bộ, nguy hiểm cho người vận hành máy, dễ gây tai nạn lao động Do đó ta dùng đèn sợi đốt Halogen cho phân xưởng

Bố trí đèn : thường bố trí theo các góc của hình vuông hoặc hình

chữ nhật

1.1.2 Tính toán chiếu sáng

Thiết kế cho phân xưởng sản xuất công nghiệp có kích thước HxDxW là36x24x42,coi trần màu trắng,tường màu vàng,sàn nhà màu xám,với độ rọi yêu cầu là Eyc = 100lux

Căn cứ vào độ cao trần xưởng là H = 4,2 mét ,độ cao mặt công tác là h2

Với loại đèn dùng để chiếu sáng cho phân xưởng sản xuất khoảng

cách giữa các đèn được xác định theo tỷ lệ

L

h = 1,8Tức là: L = 1,8 x h = 1,8 x 2,7 = 4,86 m là khoảng cách tối đa giữa

2 bóng đèn

Với kích thước phân xưởng là 24 x 36 x4,2 ,ta chọn khoảng cáchgiữa các đèn trong cùng một hàng là Ln = 4m(đèn gần tường nhất q

~2m),khoảng cách giữa các hang đèn là Ld = 4m(đèn gần tường nhất là p

~ 2m).Như vậy tổng cộng có 6 hàng đèn,mỗi hàng có 9 bóng

Kiểm tra mức độ đồng đều về ánh sáng :

Tổng số đèn trong phân xưởng sẽ là : 6 x 9 = 54 đèn

Lấy độ phản xạ của trần đèn lần lượt là là : σ tran=50% và

pháp nội suy được hệ số sử dụng là ksd = 0,58 (đèn sợi đốt chiều

yc

3944,8 (lumen)Chọn loại bóng đèn sợi đốt Halogen công suất là P = 300 W, quang thông F =6400 > Fyc.

Trong đó

Fd :quang thông của đèn

N : số lượng đèn

η : hiệu suất của đèn

k : hệ số lợi dụng quang thông của đèn HxDxW

H,D chiều dài và chiều sâu phân xưởng

Tính toán phụ tải điện là công việc bắt buộc và đầu tiên trong mọi công trình cung cấp điện Việc này sẽ cung cấp các số liệu phục vụ cho việc thiết kế lưới điện về sau của người kĩ sư Phụ tải tính toán có giá trịtương đương với phụ tải thực tế về mặt hiệu ứng nhiệt , do đó việc chọn dây dẫn hay các thiết bị bảo vệ cho nó sẽ được đảm bảo

Có nhiều phương pháp tính toán phụ tải điện như phương pháp hệ số nhu cầu , hệ số tham gia cực đại Đối với việc thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng sửa chữa cơ khí , vì đã có các thông tin chính xác về mặt bằng bố trí thiết bị , biết đựoc công suất và quá trình công nghệ của từng thiết bị nên sử dụng phương pháp hệ số nhu cầu để tổng hợp nhóm phụ tải động lực Nội dung chính của phưong pháp như sau :

- Thực hiện phân nhóm các thiết bị có trong xưởng, mỗi nhóm đó sẽ được cung cấp điện từ 1 tủ động lực riêng , lấy điện từ 1 tủ phân phối chung Các thiết bị trong nhóm nên chọn có vị trí gần nhau trên mặt bằng phân xưởng, có chế độ làm việc và công suất tương tự nhau.Xác định hệ số sử dụng tổng hợp của mỗi nhóm thiết bị theo biểu thức sau:

Ptt = knc ΣP i ( 2.4 )

Hệ số công suất của phụ tải mỗi nhóm :

i tb

i

P Cos Cos

P



 (2.5)

Đi vào tính toán cụ thể

2.1 Phụ tải tính toán nhóm chiếu sáng.

Từ kết quả thiết kế chiếu sáng ta tính được phụ tải chiếu sáng tính toán của toàn phân xưởng

Pcs = kđt N Pđ = 1.54.300 = 16200 W =16,2 (kW)

Trong đó:

kđt : hệ số đồng thời của nhóm phụ tải chiếu sáng

N : số bóng đèn cần thiết

Pđ : công suất của mỗi đèn được lựa chọn

Vì dùng đèn sợi đốt nên hệ số cos của nhóm chiếu sáng là 1 Do đó, ta

có công suất toàn phần của nhóm chiếu sáng là:

Lưu lượng gió tươi cần cấp vào xưởng là:

Q=K V(m3/h)

K – bội số tuần hoàn (lần/h)

V – thể tích của phân xưởng (m3) V =a.b H

với a = 24(m), b = 36 (m),là chiều rộng – dài phân xưởng (đo theo

đề bài)

H (m)– chiều cao của phân xưởng;

Bội số tuần hoàn K được xác định theo bảng sau

Bảng 1 : Thông số kỹ thuật của quạt hút công nghiệp

Thiết bị Công Lượng Số lượng ksd cos

Trong đó : n là tổng số thiết bị trong nhóm.

Phụ tải tính toán nhóm phụ tải thông thoáng-làm mát:

Chọn aptomat EA52G có In=10(A) và Un= 380 (V) do Nhật Bản sản

xuất,ngoài ra ta lắp thêm cho mỗi quạt một aptomat loại có In và Un phù

hợp với các quạt

2.3.Phụ tải tính toán nhóm động lực

Vì phân xưởng có rất nhiều thiết bị nằm rải rác ở nhiều khu vực trên mặtbằng phân xưởng, nên để cho việc tính toán phụ tải chính xác hơn và làm căn cứ thiết kế tủ động lực cấp điện cho phân xưởng, ta chia các thiết bị ra từng nhóm nhỏ, đảm bảo:

- Các thiết bị điện trong cùng một nhóm gần nhau;

- Nếu có thể, trong cùng một nhóm nên bố trí các máy có cùngchế độ làm việc;

- Công suất các nhóm xấp xỉ bằng nhau

Căn cứ vào các thiết bị và diện tích mặt bằng phân xưởng ,ta chia các thiêt bị động lực ra

thành 4 nhóm và tính toán cho từng nhóm như sau:

Nhóm 1 gồm 5 thiết bị động lực như bảng sau :

Số hiệu trên

sơ đồ Tên thiết bị Hệ số ksd cosφ

Công suất đặtP,KW

- Hệ số nhu cầu:

Knc1= Ksd1 + 1−Ksd 1√nhd 1 = 0,42 + 1−0,42√3,4 =0,74-

Tổng công suất phụ tải động lực:

0, 414 45

i sdi sd

i

P k k

2 1

i hd

i

P n

tb

i

P Cos Cos

 

2 2

2

31,05

34,350,904

đl đl

Nhóm 3 gồm 10 thiết bị động lực như sau :

i sdi sd

i

P k k

2 1

i

P n

i

P Cos Cos

3

43,125

64,370,67

đl đl

Nhóm 4 gồm 13 thiết bị động lực như sau:

17 Bàn lắp giáp và 0,53 0,69 15

i

P k k

2 1

2 1

35

3,097

395, 43

i hd

i

P n

tb

i

P Cos Cos

 

4 4

4

27,308

36,560,749

đl đl

Qttđl;kVAr

1 0,415 0,7325 37,358 0,88 42,45 20,16

2 0,414 0,69 31,05 0,904 34,35 14,69

3 0,422 0,75 43,125 0,67 64,37 47,78

4 0,491 0,78 27,308 0,749 36,56 24,309Tổng hợp các nhóm phụ tải động lực như sau :

- Hệ số sử dụng tổng hợp :

4

1 4

1

59,97

0, 432138,841

đlj sd j sd

đlj

P k k

 

4

cos

110, 29

0, 794 138,841

tbđl

đlj

P Cos

tbđl

P S

2.4.Phụ tải tổng hợp toàn phân xưởng.

Công suất tác dụng toàn phân xưởng:

Pttpx = 1,2.120,22 =144,264 (kW)

Ta có thể lựa chọn vị trí bù tại các tủ động lực để giảm hao tổn trên

các dây phân phối động lực hoặc đặt bù tại thanh cái của TBA để làm giảm tổn thất trên toàn bộ hệ thống.vì vậy ta chọn phương pháp bù tập chung tại thanh cái của TBA và đặt tủ bù ở 2 tủ động lực 3,4 có công suất và chiều dài lớn

2.5.2 Xác định dung lượng bù cần thiết.

Yêu cầu nâng hệ số công suất lên là cosφ2 =0,9.nên tanφ2 = 0,484

Có : cosφ1= 0,823 ,nên tanφ1=0,69

Do đó dung lượng bù cần thiết là

Qb=P.(tan φ1 – tan φ2)=144,246.(0,69-0,484)=29,71 (kVAr)

Theo dung lượng bù cần thiết như trên ta chọn được 2 tụ điện 10,5-15-Y.có công suất định mức là Qbn=15(kVAr)

CHƯƠNG III XÁC ĐỊNH SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN CỦA PHÂN XƯỞNG

3.1.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng :

Vị trí của trạm biến áp cần phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản sau :

- An toàn và liên tục cấp điện

- Gần trung tâm phụ tải, thuận tiện cho nguồn cung cấp đi tới

- Thao tác, vận hành, quản lý dễ dàng

- Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành nhỏ

- Bảo đảm các điều kiện khác như cảnh quan môi trường, có khả năng điều chỉnh cải tạo thích hợp, đáp ứng được khi khẩn cấp

- Tổng tổn thất công suất trên các đường dây là nhỏ nhất

Căn cứ vào sơ đồ bố trí các thiết bị trong phân xưởng thấy rằng các phụ tải được bố trí với mật độ cao trong nhà xưởng nên không thể bốtrí máy biến áp trong nhà Vì vậy nên đặt máy phía ngoài nhà xưởng, khoảng cách từ trạm tới phân xưởng là 110 m

3.1.2 Phương án trạm biến áp

Do phụ tải có 85% phụ tải loại I&II nên ta chọn các phương án cấp điện,

có thể như sau:

1) Phương án 1: trạm có hai máy biến áp làm việc song song.

Hệ số điền kín của phụ tải:

S

Vậy phương án này ta sẽ dùng 2 MBA có công suất định mức là Sđm =

160 kVA để cấp điện cho phân xưởng.2MBA này có P o0,5kW và

i là hệ số chiết khấu Đề bài cho i=12%

T h là tuổi thọ trung bình của trạm biến áp lấy bằng 25 năm

B

đmB

S P

t là thời gian vận hành MBA,thường lấy là 1 năm nên t =8760h

Giá thành tổn thất điện năng :

Thiệt hại do mất điện khi sự cố:

Cosφ =0,90 là hệ số công suất cần nâng lên.

tf = 24h là thời gian mất điện sự cố

gth=10000 đ/kWhlà suất thiệt hại do mất điện đầu bài cho

Vậy hàm chi phí quy dẫn của phương án 1 là :

i là hệ số chiết khấu Đề bài cho i=12 %

T h là tuổi thọ trung bình của trạm biến áp lấy bằng 25 năm

SGT)

Vốn đầu tư trạm biến áp :

t là thời gian vận hành MBA,thường lấy là 1 năm nên t =8760h

(bỏ qua tổn thất trong Máy phát điện và coi MPĐ như một phần tử của trạm biến áp)

Giá thành tổn thất điện năng :

Thiệt hại do mất điện khi sự cố:

Cosφ =0,90 là hệ số công suất cần nâng lên

tf = 24h là thời gian mất điện sự cố

gth=10000 đ/kWhlà suất thiệt hại do mất điện đầu bài cho

Vậy hàm chi phí quy dẫn của phương án 2 là :

c  đ kWh

Phương án

Từ bảng tổng hợp kết quả tính toán trên ta thấy phương án 1 là phương

án có hàm chi phí nhỏ nhất,(Zmin) Vậy ta sẽ chọn phương án 1, gồm 2 MBA có công suât mỗi máy là 160 KVA để cấp điện cho phân xưởng

3.2.1 Sơ bộ chọn phương án

Mỗi một nhóm thiết bị động lực được cấp điện từ một tủ động lực, đặt gần tâm phụ tải của nhóm thiết bị (gần nhất có thể) Các tủ động lực, tủ chiếu sáng, tủ cấp cho mạch thông thoáng làm mát được lấy điện từ tủ

hạ thế tổng (THT) đặt ở góc tường trong phân xưởng, gần tâm phụ tải của toàn phân xưởng Từ đây ta vạch ra các phương án:

Phương án 1: Mỗi tủ động lực, tủ chiếu sáng, tủ thông thoáng làm mát được cấp điện bằng một mạch riêng

Phương án 2: Tủ chiếu sáng, tủ thông thoáng làm mát được cấp điện từ các các mạch riêng Các tủ động lực, tủ ở xa được cấp điện thông qua tủ

Dòng điện làm việc chạy trong dây dẫn là :

đm

S I

(LN-0 là chiều dài từ trạm tới THT)

Tổn thất điện năng: AN-0 =

U đm2 .r N −0 .L N−0 .τ (kWh)

max (0,124 T .10 ) 8760 0,124 4000 10 8760 2405, 28( )h

Hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn đầu tư: atc =

i.(i+1) T h

(i+1 ) T h−1=

0 ,12⋅(0 ,12+1)25(0 ,12+1)25−1 =0 ,127

i là hệ số chiết khấu Đề bài cho i=12%

T h là tuổi thọ trung bình của dây cáp đồng lấy bằng 25 năm

Hệ số khấu hao của đường dây kkh = 5%( tra bảng 3.1 SGT )

Do đó hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn và khấu hao là :

ZN-0 = p.VN-0 + CN-0= 0,177.43,426.106 + 12,71.106 =20,39.106(đ)

Chọn dây dẫn từ THT đến các tủ động lực, tủ chiếu sáng, tủ thông

thoáng làm mát theo điều kiện phát nóng của dây dẫn

 Cho nhánh cấp điện cho tủ động lực 1 (THT →TĐL1)

Mật độ dòng kinh tế của cáp đồng ứng với TM =4680 h là jkt = 3,1

i là hệ số chiết khấu Đề bài cho i=12%

T h là tuổi thọ trung bình của dây cáp đồng lấy bằng 25 năm

Hệ số khấu hao của đường dây kkh = 5%( tra bảng 3.1 SGT )

Do đó hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn và khấu hao là :

p = atc + kkh= 0,127 + 0,05 =0,177

Tra bảng 3.2, ta có a = 63,58.106 đ/km , b = 0,83.106 đ/(mm2km)

Vốn đẩu tư cho đoạn dây:

V0-1 = (a + b.F0-1).L0-1 = (63,58 + 0,83.25).106.36.10-3 = 3,036.106 (đ)Chi phí quy đổi:

Tiết diện,mm2 Dài Thông số

P, kW

S,kVA

Q,kVAR I, A

Ftính

Fchọn

0-2 31,05 34,35 14,69 52,19 16,83 25 12 0,74

0,0660-3

41,12 64,37 47,78 97,80 31,55 35 54 0,52 0,06

Các thông số về kỹ thuật và kinh tế :

Từ bảng kết quả trên ta có chi phí quy dẫn tổng của phương án 1 :

 Chọn dây dẫn từ trạm biến áp nguồn, cách L=200 m, tới tủ hạthế tổng (THT) là cáp đồng3 pha 4 dây được đặt trong rãnh kín

Dòng điện làm việc chạy trong dây dẫn là :

đm

S I

(LN-0 là chiều dài từ trạm tới THT)

Tổn thất điện năng: AN-0 =

S tt px2

U đm2 .r N −0 .L N−0 .τ [đ]kWh]

max (0,124 T .10 ) 8760 0,124 4000 10 8760 2405, 28( )h

i là hệ số chiết khấu Đề bài cho i=12%

T h là tuổi thọ trung bình của dây cáp đồng lấy bằng 25 năm

Hệ số khấu hao của đường dây kkh = 5%( tra bảng 3.1 SGT )

Do đó hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn và khấu hao là :

ZN-0 = p.VN-0 + CN-0= 0,177.43,426.106 + 12,71.106 =20,396.106(đ)

Chọn dây dẫn từ THT đến các tủ động lực, tủ chiếu sáng, tủ thông

thoáng làm mát theo điều kiện phát nóng của dây dẫn

 Cho nhánh cấp điện cho tủ động lực 1 (THT →TĐL1)

 

0 1 1

i là hệ số chiết khấu Đề bài cho i=12%

T h là tuổi thọ trung bình của dây cáp đồng lấy bằng 25 năm

Hệ số khấu hao của đường dây kkh = 5%( tra bảng 3.1 SGT )

Do đó hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn và khấu hao là :

p = atc + kkh= 0,127 + 0,05 =0,177

Tra bảng 3.2, ta có a = 63,58.106 đ/km , b = 0,83.106 đ/(mm2km)

Vốn đẩu tư cho đoạn dây:

V0-1 = (a + b.F0-1).L0-1 = (63,58 + 0,83.50).106.36.10-3 =3,783.106 (đ)Chi phí quy đổi:

Q,kVAr I, A

Ftính

Fchọn

0-2 58,358 70,91 39 107,73

34,7

5 35 12 0,52

0,064

0-3 41,125 64,37 47,78 97.80

31.5

5 35 54 0,52

0,0640-4 27,308 36,56 24,30 55.55 17.9 25 24 0,74 0,06

So sánh 2 phương án ta có :

∆Umax Z.106

Phương án

1 12,47 27,313Phương án

Ta có : P1 = 12 kW, Cosφ =1 → S2-1 = 12 kVAQ2-1 = 0 kVAr

Dòng điện chạy trong dây dẫn là :