BÀI tập LỚN%0AThiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy luyện kim đen

Đất nước ta đang trên con đường công nghiệp hoá - hiện đại hoá, đẩy manh sựphát triển công nghiệp, mở rộng những nhà máy công suất lớn, công nghệ hiện đại.Điều này có ý nghĩa lớn trong v

BÀI TẬP LỚN

Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho

nhà máy luyện kim đen

Hà Minh Huy

huy .hm191893 @sis.hust.edu.vn

Ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hoá Chuyên ngành Điều khiển tự động

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Đức Tuyên

Chữ ký của GVHD

I XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CHO NHÀ MÁY:

1 Phân nhóm phụ tải cho Phân xưởng Sửa chữa cơ khí và tính PTTT cho từng nhóm phụ tải:

2 Xác định PTTT cho toàn bộ Phân xưởng Sửa chữa cơ khí:

3 Xác định PTTT của các phân xưởng khác trong nhà máy:

4 Xác định PTTT của toàn bộ nhà máy:

I THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN CAO ÁP CHO TOÀN NHÀ MÁY 13 1 ĐẶT VẤN ĐỀ:

2 VẠCH RA CÁC PHƯƠNG ÁN CẤP ĐIỆN:

2.1, Chọn cấp điện áp nguồn điện cấp cho mạng cao áp của nhà máy:

2.2, Các phương án sơ đồ cung cấp điện của mạng cao áp nhà máy:

3 TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT CHO CÁC PHƯƠNG ÁN:

3.1, Tính toán máy biến áp:

3.2, Tính toán dây dẫn:

3.3, Tính toán máy cắt:

3.4, Tính toán chi phí hàng năm:

II THIẾT KẾ CHI TIẾT CHO PHƯƠNG ÁN

1 Chọn thiết diện dây dẫn nối từ hệ thống điện về nhà máy:

2 Tính toán ngắn mạch:

2.1, Tính dòng ngắn mạch tại thanh góp của TPPTT(N1) và tại thanh cái của TBAPX phía cao áp (N 2-i ):

2.2, Tính dòng ngắn mạch tại phía hạ áp của TBAPX:

3 Lựa chọn các thiết bị điện đã được chọn sơ bộ:

3.1, Kiểm tra cáp trung áp:

3.2, Kiểm tra máy cắt:

3.3, Kiểm tra TBAPX:

3.4, Sơ đồ mạng cao áp của toàn nhà máy:

phát triển nhịp nhàng trong nền kinh tế.

Chính vì vậy, khi xây dựng một nhà máy, khu dân cư hay một thành phố mới thì việc đầu tiên là phải xây dựng một hệ thống cung cấp điện để phục vụ cho nhucầu sản xuất và sinh hoạt của nơi đó

Đất nước ta đang trên con đường công nghiệp hoá - hiện đại hoá, đẩy manh sựphát triển công nghiệp, mở rộng những nhà máy công suất lớn, công nghệ hiện đại.Điều này có ý nghĩa lớn trong việc thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máyhay xí nghiệp công nghiệp để đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật

Với những kiến thức đã được học tập, nghiên cứu trong nhà trường, trước khi tốt

nghiệp em được giao bài tập lớn với đề tài: "Thiết kế cung cấp điện nhà máy luyện kim đen” Bài tập dài này sẽ là một sự tập dượt rất quý cho em trước khi

bước vào thực tế

Sau một thời gian làm bài tập lớn , với cố gắng của cả nhóm dưới sự hướng dẫncủa thầy Nguyễn Đức Tuyên và các anh, bạn trợ giảng, đến nay em đã hoàn thànhbài tập lớn của mình Song với kiến thức còn hạn chế, cùng với đề tài thiết kế hệthống cung cấp điện là tương đối khó và phức tạp, đòi hỏi phải có nhiều kinhnghiệm và chuyên môn cao nên trong quá trình thiết kế em không tránh khỏi nhữngsai sót Vì vậy, chúng em mong được sự nhận xét góp ý của các thầy

Chúng em xin chân thành cảm ơn

12/2022

Hà Nội, Ngày tháng năm 2022

Sinh Viên

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 lợicho phương thức cấp điện

 Tổng công suất của các nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại tải độnglực

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

8 đến 12

Tuy nhiên khi phân nhóm ta cần chuyển các thiết bị một pha về thiết bị 3 pha Ở đây có máy biến áp hàn là thiết bị 1 pha làm việc ngắn hạn Do vậy ta cầnquy đổi phụ tải này về phụ tải 3 pha làm việc dài hạn theo công thức:

P qd BA=3√k d P đm=3√k d S đm cosφ=3.√0,25 24.0,68=26.18 kW

Dựa theo các nguyên tắc và vị trí , công suất của thiết bị bố trí trên mặt bẳngphân xưởng sửa chữa cơ khí ( bản vẽ số 3 ) , ta chia các thiết bị của phân xưởngthành 4 nhóm

Nhóm 1:

TT Tên thiết bị lượngSố trên mặtKí hiệu

bằng

Pđm (kW)Một

máy Toàn bộ

9 Máy phay chép hình 1 10 0.6 0.6

18 Máy mài phẳng có trụcđứng 1 19 10 10

P tt 1 =K nc .P đ 1 =K nc∑i=143 P đm 1i n 1i =0.23 x207.57=47.7(kW )

Trong đó:

P đ 1: Công suất đặt của nhóm 1 (kW)

P đm 1 i: Công suất định mức của thiết bị thứ i trong nhóm 1 (kW)

n 1i : Số lượng thiết bị thứ i trong nhóm 1

TT Tên thiết bị lượngSố trên mặtKí hiệu

bằng

Pđm (kW)Một

máy Toàn bộ

P đ 2: Công suất đặt của nhóm 2 (kW)

P đm2 i : Công suất định mức của thiết bị thứ i trong nhóm 2 (kW)

n 2i : Số lượng thiết bị thứ i trong nhóm 2

Từ cosφ=0.68→tanφ=1.08 →{Q tt =P tt .tanφ=24.2 x1.08=26.14(kVAr)

bằng máy

P đ 3: Công suất đặt của nhóm 3 (kW)

P đm 3i: Công suất định mức của thiết bị thứ i trong nhóm 3 (kW)

n 3i : Số lượng thiết bị thứ i trong nhóm 3

Từ cosφ=0.68→tanφ=1.08→{Q tt =P tt .tanφ=23.6 x1.08=24.8(kVAr)

máy Toàn bộ

1 Máy doa tọa độ 1 3 4.5 13.5

P đ 4: Công suất đặt của nhóm 4 (kW)

P đm 4i: Công suất định mức của thiết bị thứ i trong nhóm 4 (kW)

n 4 i : Số lượng thiết bị thứ i trong nhóm 4

Từ cosφ=0.6→tanφ=1.33→{Q tt =P tt .tanφ=4 x1.08=4.3(kVAr)

1.3.2Xác định 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:

2

Với tỉ lệ 1: 4500 ta tính được diện tích của phân xưởng sửa chữa cơ khí là:

3 Xác định PTTT cho toàn bộ Phân xưởng Sửa chữa cơ khí:

- Xác định phụ tải động lực cho toàn Phân xưởng Sửa chữa cơ khí

4 Xác định PTTT của các phân xưởng khác trong nhà máy:

Do tan φ cs = 0 nên Qcs = 0 → Qđộng lực = QpxST

T Tên phân xưởng PđặtkW diện tíchtrên sơ

đồ F,

cm2

diện tíchthực F,

m2

knc cos

φ cosφchiếusáng

Po,W/m2

6 PX luyện kimđen 2500 1.03 2085.8 0,5 0,8 1 15

Phụ tải các phân xưởng của nhà máy

Tổng hợp phụ tải tính toán toàn nhà máy

II.THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN CAO ÁP CHO TOÀN NHÀ MÁY

1 ĐẶT VẤN ĐỀ:

Việc lựa chọn sơ đồ cung cấp điện ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật của hệ thống Một sơ đồ cung cấp điện được coi là hợp lý phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản sau:

- Đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật – kinh tế

- 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 nhu cầu tăng trưởng của phụ tải trong tương lai

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

- Vạch phương án cung cấp điện

- Lựa chọn vị trí, số lượng, dung lượng của các trạm biến ápvà lựa chọn tiết diện các đường dây cho các phương án

- Tính toán kinh tế kỹ thuật để lựa chọn được phương án hợp lýThiết kế chi tiết cho phương án đã vạch ra

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

 U =4.34 ×√11+0.016 × 8489.6=53.12(kV )

 Chọn điệnáp nguồnUng=35kV

2.2, Các phương án sơ đồ cung cấp điện của mạng cao áp nhà máy:

a) Chọn sơ đồ cung cấp điện từ nguồn điện nhà máy:

Từ nguồn (tức là từ TBATG của hệ thống điện) có thể cấp điện đến nhà máy theo các hình thức sau

- Cách thứ nhất dẫn điện bằng một đường dây từ TBATG của hệ thống điện đến tâm phụ tải (trạm trung tâm) của toàn nhà máy để từ đó phân phối đến các phân xưởng Cách này áp dụng cho trường hợp TBATG ở

xa nhà máy+ Tại tâm phụ tải của nhà máy đặt một trạm biến áp trung tâm (TBATT) hạ điện áp nguồn xuống một điện áp trung gian (ví dụ hạ từ 35kV hoặc 22kV xuống 10kV hoặc 6kV) rồi cấp điện cho các phân xưởng thông qua các trạm biến áp phân xưởng (TBAPX)

+ Tại tâm phụ tải của nhà máy đặt một trạm phân phối trung tâm (TPPTT) không có máy biến áp, chỉ gồm các thiết bị đóng cắt phân phối tới các TBAPX

- Cách thứ hai cấp điện trực tiếp từ trạm biến áp trung gian của hệ thốngđiện đến các phân xưởng của nhà máy (sơ đồ "dẫn sâu") bằng nhiều đường dây Phương pháp này chỉ thực hiện nếu TBATG của hệ thống điện ở rất gần nhà máy và trong nhà máy có một số phụ tải có công suất rất lớn và quan trọng

b) Chọn phương án tramh biến áp phân xưởng:

• Các nguyên tắc chọn phương án trạm biến áp phân xưởng:

- Chọn ít chủng loại công suất máy biến áp, không nên chọn công suất máy biến áp phân phối trên 1000 kVA vì loại máy này không được

- Số MBA trong một TBAPX được chọn theo yêu cung cấp điện của phụ tải(phân xưởng) quan trọng nhất được cấp từ MBAPX đó Phụ tải loại I và II đặt 2 máy, phụ tải loại III đặt 1 máy.

• Dựa vào độ lớn và phân bố phụ tải của nhà máy luyện kim đen

+ TBA B5 cung cấp cho PT của phân xưởng luyện kim đen và bộ phận nén khí

+ TBA B6 cung cấp cho PT của phân xưởng rèn dập và BQL&PTN+ TBA B7 cung cấp cho PT của phân xưởng nhiệt luyện

+ TBA B8 cung cấp cho PT của trạm bơm

SCCK + TBA B5 cung cấp cho PT của phân xưởng luyện kim đen và bộ phận nén khí

+ TBA B6 cung cấp cho PT của phân xưởng rèn dập và BQL&PTN+ TBA B7 cung cấp cho PT của phân xưởng nhiệt luyện và trạm bơm

c) Chọn sơ đồ cấp điện từ trạm trung tâm tới các tram biến áp phân xưởng:

Do tính chất quan trọng của các phân xưởng nên mạng cao áp trong nhà máy nên ta dùng sơ đồ hình tia hoặc liên thông Với phân xưởng loại I ta dùng lộ kép, với phân xưởng thuộc hộ loại III ta dùng đường dây đơn Sơ đồ loại này có nhiều ưu điểm là sơ đồ đấu dây rõ ràng, các trạm biến áp phân xưởng được cấp điện từ một đường dây riêng nên ít ảnh hưởng lẫn nhau, độ tin cậy cung cấp điện tương đối cao, dễ thực hiện bảo vệ và tự động hóa, dễ vận hành Các đường cáp cao áp đều được đặt trong các đường xây riêng trong đất dọc theo các tuyến giao thông nội bộ

Từ đó ta đưa ra 4 phương án thiết kế mạng điện cao áp của nhà máy:

Hinh 3.1 Phương án 1

Hinh 3 2 Phương án 2

Hinh 3 3 Phương án 3

Hinh 3 4 Phương án 4

3 TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT CHO CÁC PHƯƠNG ÁN: 3.1, Tính toán máy biến áp:

Các máy biến áp ở các trạm biến áp phân xưởng đều thuộc loại 35/0.4kV

a) Phương án 1 và 2:

Chọn máy biến áp

Ví dụ với phân xưởng gia công cơ khí:

Ptt = 1495 kW; Qtt = 1620 kVAr => Stt = Stba = 2204.4 kVAXét trường hợp sự cố một máy biến áp, máy còn lại có khả năng chạy quá tải trong thời gian 1-2 ngày để sửa chữa, đồng thời cắt bớt các phụ tải không quan trọng Trong trường hợp này công suất máy biến áp đượcxác định là :

SđmB = 2204.41.4 = 1574.6 kVA

 Chọn máy biến áp có tiêu chuẩn Sđm = 2000 kVA

Các trường hợp khác tương tự ta được bảng sau:

Phân xưởng PTTT PX PTTT TBA PX Chọn TBA PX

Tên phân xưởng STT P tt Q tt P tt Q tt S tt Kí hiệu S đm.B N B

PX đúc 2 784.6 675

863.2 702 1112.6 B1 1250 2 Kho vật liệu 12 78.6 27

PX gia công cơ khí 3 1495 1620 1495 1620 2204.4 B2 2000 2

PX nhiệt luyện 9 1773.1 1575 1773.1 1575 2371.6 B7 2000 2 Trạm bơm 11 489.7 360 489.7 360 607.8 B8 1250 2

Bảng 3 1 Bảng chọn MBAPX của nhà máy

TBAPX Sđm kVA Tỷ số

biến

Sốlượng

∆P0kWh

∆PNkW

Thànhtiền(Triệuđồng)B1 1250 35/0,4kV 2 1,8 14.0 6 1,5 179,1 358,2

B2 2000 35/0,4kV 2 2,8 20,0 6 1 305,4 610,8B3 2000 35/0,4kV 2 2,8 20,0 6 1 305,4 610,8B4 1250 35/0,4kV 2 1,8 14.0 6 1,5 179,1 358,2B5 2500 35/0,4kV 2 3,5 22.0 6 1 372,5 745B6 1250 35/0,4kV 2 1,8 14.0 6 1,5 179,1 358,2B7 2000 35/0,4kV 2 2,8 20,0 6 1 305,4 610,8B8 1250 35/0,4kV 2 1,8 14.0 6 1,5 179,1 358,2Tổng vốn đầu tư cho MBA: VB=4010.2 triệu đồng

Bảng 3 2 Các thông số của MBA

Xác định tổn thất điện năng của MBA

Tổn thất điện năng máy biến áp

Với Tmax = 4600h, ta có 𝜏 = 2988ℎ ∆𝑃0, ∆𝑃𝑁: Tổn thất không tải và tổn thất công suất ngắn mạchtrong MBA

SđmB: Công suất định mức của MBA Smax: Phụ tải lớn nhất của TBA

Ví dụ với trạm B1:

∆ A=2×1,8×8760+ 1

2× 14×2988 ×(1087

1250)2

=42853,4 kWh

Các trường hợp khác tương tự, ta được bảng sau:

TBAPX Số MBA Sđm.B (kVA) Smax kVA ∆𝑃0 kW ∆𝑃𝑁 kW ∆𝐴 kWhB1 2 1250 1087 1,8 14.0 47352.8B2 2 2000 2204 2,8 20,0 85342.4B3 2 2000 2203 2,8 20,0 85309.5B4 2 1250 1385 1,8 14.0 57213.8B5 2 2500 2943 3,5 22.0 106868.5B6 2 1250 1618 1,8 14.0 66580.2B7 2 2000 2371 2,8 20,0 91049.7B8 2 1250 609 1,8 14.0 36500.7

Tổng lượng tổn thất điện năng trong các TBAPX: ∆𝑨 𝑩 = 576217.4 𝒌𝑾𝒉

Bảng 3.3 Tổn thất điện năng của MBAPX, Tmax = 4600h

b) Phương án 3 và 4:

Tính tương tự như phương án trên, ta được bảng sau:

Phân xưởng PTTT PX PTTT TBA PX Chọn TBA PX

Tên phân xưởng STT P tt Q tt P tt Q tt S tt Kí hiệu S đm.B N B

PX đúc 2 784.6 675

863.2 702 1112.6 B1 1250 2 Kho vật liệu 12 78.6 27

PX gia công cơ khí 3 1495 1620 1495 1620 2204.4 B2 2000 2

PX cơ lắp ráp 4 1651 1440 1651 1440 2190.8 B3 2000 2

PX luyện kim màu 5 943.7 810 1035.6 914.5 1381.6 B4 1250 2

∆P0kWh

∆PNkW

Thànhtiền(Triệuđồng)B1 1250 35/0,4kV 2 1,8 14.0 6 1,5 179,1 358,2B2 2000 35/0,4kV 2 2,8 20,0 6 1 305,4 610,8B3 2000 35/0,4kV 2 2,8 20,0 6 1 305,4 610,8B4 1250 35/0,4kV 2 1,8 14.0 6 1,5 179,1 358,2B5 2500 35/0,4kV 2 3,5 22.0 6 1 372,5 745B6 1250 35/0,4kV 2 1,8 14.0 6 1,5 179,1 358,2B7 2500 35/0,4kV 2 3,5 22.0 6 1 372,5 745Tổng vốn đầu tư cho MBA: VB=3786.2 triệu đồng

Bảng 3 5 Các thông số của MBA

TBAPX Số MBA Sđm.B (kVA) Smax kVA ∆𝑃0 kW ∆𝑃𝑁 kW ∆𝐴 kWhB1 2 1250 1087 1,8 14.0 47352.8B2 2 2000 2204 2,8 20,0 85342.4B3 2 2000 2203 2,8 20,0 85309.5B4 2 1250 1385 1,8 14.0 57213.8B5 2 2500 2943 3,5 22.0 106868.5B6 2 1250 1618 1,8 14.0 66580.2B7 2 2500 2943 3,5 22.0 106868.5

Tổng lượng tổn thất điện năng trong các TBAPX: ∆𝑨 𝑩 = 555535.5 𝒌𝑾𝒉

Bảng 3.6 Tổn thất điện năng của MBAPX, Tmax= 4600h

3.2, Tính toán dây dẫn:

a) Chọn dây dẫn từ TBATG đến trạm TPPTT:

Đường dây cung cấp từ TBATG về trạm TPPTT của nhà máy dài 11 km

sử dụng ĐDK, dây nhôm lõi thép, lộ kép Ta có Tmax của nhà máy luyện kim là 3700h, với giá trị của Tmax, dây dẫn AC ta tra được Jkt=1,1 A/mm2

Công thức tính để chọn tiết diện dây dẫn:

F❑kt=I ttmax

J kt

Trong đó:

Ftt: Tiết diện dây tính toán

Itt: Dòng điện tính toán lớn nhất đi qua dây dẫn

Jkt: Mật độ dòng kinh tế

Công thức tính dòng điện làm việc cực đại qua một sợi cáp:

k1: Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ là 1k2: Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ, kể đên số lượng dây cáp đặt chung mộtrãnh.

Đối với 2 sợi cáp khoảng cách giữa các sợi là 100 mm, k2=0,9

Isc: Dòng điện qua dây cáp khi sự cố dứt 1 dây Isc=2.Itt.max

I ttmax= S ttmax

2U đm√3= 113522×35× √ 3=93,6

F tt=I ttmax

J kt = 93,6 1.1 =85,1 mm

2

Khi đứt một dây, dây còn lại chuyển tải toàn bộ công suất nên:

I sc =2I ttmax=187,2 => I cp ≥ 1× 0.9 I❑sc =208 A

Tra bảng PL 4.12 dây dẫn AC – 95 có Icp = 335A, thỏa mãn điều kiện trên

=> Chọn dây AC-95 để dẫn điện từ TBATG về nhà máy Kiểm tra dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp: Với dây dẫn AC – 95

có khoảng cách trung bình hình học D = 1,26 m, tra bảng PL4.6 được 𝑟0

= 0.33 km Ω , 𝑥0 = 0.36 km Ω

∆ U = PX +QR U

đm = 8481,6 ×0,36 ×10+7546 × 0.33 ×10 2× 35 =1147,7 V 5%U đm =0,05 ×35000=1800V >∆ U

Vậy dây dẫn AC-95 thỏa mãn các yêu cầu

∆ U = PX +QR

U đm = 863.2× 0,136 ×0,2021+702× 0,927 ×0,2021 2×35 =2.2V

5%U =0,05 ×35000=1800V >∆ U

Vậy cáp đồng 3 lõi tiết diện 25mm2 thỏa mãn các yêu cầu

Vì nhánh TBAPX-B5 cấp cho phụ tải có công suất là lớn nhất nêncác nhánh khác có công suất nhỏ hơn đều lấy dây dẫn là cáp đồng 3 lõi tiết diện 25mm2

=> Chọn cáp đồng hạ áp 3 lõi tiết diện 300mm2 để dẫn điệnKiểm tra dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp: Với cáp đồng 3 lõi tra

bảng được 𝑟0 = 0.0601 km Ω , 𝑥0 = 0.068 km Ω với chiều dài khoảng cách là 110m

Độ dài cáp (m)

Đơn giá(VNĐ/m)

Thành tiền (VNĐ)TPPTT-B1 35 3x25 2x60 197 000 23 640 000TPPTT-B2 35 3x25 2x117 197 000 46 098 000TPPTT-B3 35 3x25 2x210 197 000 82 740 000TPPTT-B4 35 3x25 2x85 197 000 33 490 000TPPTT-B5 35 3x25 2x202 197 000 79 580 800TPPTT-B6 35 3x25 2x105 197 000 41 370 000TPPTT-B7 35 3x25 2x212 197 000 83 528 000TPPTT-B8 35 3x25 2x240 197 000 94 560 000B2-B12 0.4 240 174 330 000 57 420 000B6-B10 0.4 300 110 400 000 44 000 000

Bảng 3 7 Kết quả chọn cáp cao áp 35 kV và hạ áp 0.4kV phương án 1

Độ dài (m) r 0 (Ω/km) R (Ω) ∆P (kW) TPPTT-B1

35

1112.

6 3x25 2x60 0.927

0.077 0.0778

Tổng tổn thất công suất tác dụng 13.8062

Bảng 3 8 Kết quả tính toán ∆P phương án 1

Xác định tổn thất điện năng trên đường dây: