BÀI TẬP DÀI HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Thiết kế cấp điện cho nhà máy liên hợp dệt

Chương I. Yêu cầu thiết kế ..................................................................................... 1 1.1. Các số liệu ban đầu: ....................................................................................... 1 1.2. Phụ tải điện của nhà máy: .............................................................................. 1 1.3. Phụ tải điện của phân xưởng sữa chữa cơ khí: ............................................... 2 Chương II. Xác định phụ tải tính toán .................................................................. 6 2.1. Xác định phụ tải tính toán cho phân xưởng sửa chữa cơ khí ......................... 6 2.1.1. Xác định phụ tải tính toán (động lực) cho các nhóm phụ tải ................. 6 a. Phân nhóm phụ tải ..................................................................................... 6 b. Xác định phụ tải tính toán của từng nhóm phụ tải bằng pp sử dụng Ptb kmax ................................................................................................................. 8 2.1.2. Xác định phụ tải tính toán cho PXSCCK .............................................. 16 a. Phụ tải động lực ....................................................................................... 16 b. Phụ tải chiếu sáng .................................................................................... 16 c. Phụ tải tính toán toàn PXSCCK .............................................................. 16 2.2. Xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng còn lại ............................... 16 2.3. Xác định phụ tải tính toán của toàn nhà máy ............................................... 18 2.4. Biểu đồ phụ tải ............................................................................................. 18 Chương III. Thiết kế mạng điện cao áp của nhà máy ....................................... 20 3.1. Chọn cấp điện áp nguồn điện cấp cho mạng cao áp của nhà máy ............... 20 3.2. Đề xuất các phương án sơ đồ cung cấp điện của mạng cáo áp nhà máy ..... 20 3.2.1. Chọn sơ đồ cung cấp điện từ nguồn điện nhà máy ............................... 20 3.2.2. Chọn phương án trạm biến áp phân xưởng .......................................... 20 3.2.3. Lựa chọn các phương án nối dây của mạng cao áp ............................. 26 3.3. Sơ bộ chọn các thiết bị điện ......................................................................... 28 3.3.1. Chọn công suất máy biến áp ................................................................. 28 3.3.2. Chọn thiết diện dây dẫn ........................................................................ 28 a, Chọn thiết diện cáp trung áp .................................................................... 28 b, Chọn thiết diện cáp hạ áp ........................................................................ 29 c, Ta có bảng tổng kết như sau .................................................................... 29 3.3.3. Chọn máy cắt ......................................................................................... 32 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 116177 BÀI TẬP DÀI – NHÓM 1 3.4. Tính toán kinh tế kỹ thuật chọn phương án thiết kế .................................... 33 3.4.1. Xác định vốn đầu tư thiết bị .................................................................. 33 3.4.2.Tổn thất điện năng .................................................................................. 35 3.5. Thiết kế chi tiết cho phương án được chọn .................................................. 39 3.5.1. Chọn thiết diện dây dẫn nối từ hệ thống điện về nhà máy .................... 39 3.5.2. Tính toán ngắn mạch ............................................................................. 40 3.5.3. Kiểm tra các thiết bị điện đã được sơ bộ chọn ở phần so sánh kinh tế kỹ thuật ............................................................................................................ 43 3.5.4. Lựa chọn các thiết bị phân phối điện khác ........................................... 44 CHƯƠNG IV. THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP CHO PHÂN XƯỞNG SỬA CHỮA CƠ KHÍ. .................................................................................................... 47 4.1. Lựa chọn các thiết bị cho tủ phân phối ........................................................ 47 4.1.1 Lựa chọn aptômat cho tủ phân phối. ..................................................... 47 4.1.2 Chọn cáp từ TBA B4 về tủ phân phối của phân xưởng. ......................... 48 4.1.3 Chọn cáp từ tủ phân phối đến các tủ động lực. ..................................... 48 4.1.4 Chọn thanh góp cho các tủ phân phối và tủ động lực ........................... 49 4.1.5. Tính toán ngắn mạch lưới hạ áp ........................................................... 49 4.2. Lựa chọn thiết bị trong các tủ động lực và dây dẫn đến các thiết bị của phân xưởng. .................................................................................................................. 52 4.2.1. Chọn aptomat cho các tủ động lực ....................................................... 52 4.2.2.Chọn aptomat và cáp cho các thiết bị và nhóm thiết bị trong tủ động lực ......................................................................................................................... 52 Tài liệu tham khảo ................................................................................................. 58 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 116177 BÀI TẬP DÀI – NHÓM 1 Danh mục hình vẽ Hình 1. Biểu đồ phụ tải toàn nhà máy .................................................................... 19 Hình 2.Các phương án thiết kế mạng điện cao áp của nhà má

Yêu cầu thiết kế

Các số liệu ban đầu

▪ Phụ tải điện của nhà máy (Hình 1 và Bảng 1)

▪ Phụ tải điện của phân xưởng sửa chữa cơ khí (Hình 2 và Bảng 2)

▪ Điện áp nguồn: Uđm = 35kV, 22kV

▪ Dung lượng ngắn mạch về phía hạ áp của trạm biến áp khu vực:

▪ Đường dây cung cấp điện cho nhà máy: Dùng dây nhôm lõi thép (AC) đặt treo trên không

▪ Khoảng cách từ nguồn đến nhà máy: 12km

▪ Công suất của nguồn điện: Vô cùng lớn

▪ Nhà máy làm việc: 3 ca, Tmax = 300.(10 + a) giờ

Phụ tải điện của nhà máy

Bảng I.1 Phụ tải của nhà máy liên hợp dệt (Với a = 0)

Phụ tải điện của phân xưởng sữa chữa cơ khí

Xác định phụ tải tính toán

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

2.1.1 Xác định phụ tải tính toán (động lực) cho các nhóm phụ tải a Phân nhóm phụ tải

Trong mỗi phân xưởng, có nhiều thiết bị với công suất và chế độ làm việc khác nhau, do đó việc xác định phụ tải tính toán chính xác là rất quan trọng Để làm điều này, cần phải phân nhóm thiết bị điện theo các nguyên tắc nhất định.

Để tiết kiệm vốn đầu tư và giảm tổn thất trên các đường dây hạ áp trong phân xưởng, các thiết bị trong cùng một nhóm nên được đặt gần nhau.

Chế độ làm việc đồng nhất của các thiết bị trong cùng một nhóm giúp xác định PTTT một cách chính xác hơn, đồng thời thuận lợi cho việc lựa chọn phương thức cung cấp điện cho nhóm.

Để giảm thiểu số lượng tủ động lực cần thiết cho phân xưởng và toàn nhà máy, tổng công suất của các thiết bị trong nhóm nên xấp xỉ nhau Số lượng thiết bị trong một nhóm không nên vượt quá 12 đầu ra của các tủ động lực Tuy nhiên, việc đáp ứng đồng thời cả ba nguyên tắc này thường gặp khó khăn, do đó, người thiết kế cần lựa chọn cách phân nhóm một cách hợp lý nhất.

Dựa trên nguyên tắc phân nhóm phụ tải điện và vị trí, công suất của thiết bị trong phân xưởng, các thiết bị sửa chữa cơ khí được chia thành 5 nhóm khác nhau.

Bảng II.1 Phân nhóm phụ tải

Nhóm STT Tên thiết bị Số lượng

Ký hiệu trên mặt bằng

4 Máy tiên ren cao cấp chính xác 1 4 1,7 1,7

5 Máy mài dao cắt gọt 1 18 0,65 0,65

7 Máy mài sắc mũi phay 1 20 1 1

10 Thiết bị để hóa bền kim loại 1 23 0,8 0,8

BÀI TẬP DÀI – NHÓM 1 8 b Xác định phụ tải tính toán của từng nhóm phụ tải bằng pp sử dụng P tb & k max

Các giá trị ksd, cosφ, nhq* và kmax được tra cứu tại các phụ lục PL1.1, PL 1.5, PL 1.6 Đối với phân xưởng sửa chữa cơ khí, giá trị ksd được xác định là 0,15 và cosφ là 0,6 Vì ksd = 0,15 nhỏ hơn 0,2, nên chúng ta sẽ xác định theo cách phù hợp.

=> Có 6 thiết bị có Pđm > 1

2.Pđm max : máy tiện ren (6)

+ Ptt = kmax ksd ∑ Pđm = 2,64 0,15 51,7 = 20,47 (kW)

3 = 27,3 (kVAr) + Stt = √P tt 2 + Q tt 2 = 34,12 (kVA)

+ Ptt = kmax ksd ∑ P đm = 2,2 0,15 51 = 16,83 (kW)

+ Ptt = kmax ksd ∑ P đm = 2,1 0,15 28,55 = 9 (kW)

3 = 12 (kVAr) + Stt = √P tt 2 + Q tt 2 = 15 (kVA)

+ Ptt = kmax ksd ∑ P đm = 2,48 0,15 71,5 = 26,6 (kW)

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

+ Có Sđm = 24,6 (kVA) và cosφ = 0,35

+ Qui đổi về dài hạn : với hệ số đóng điện Kđ = 25 %

+ Qui đổi công suất về 3 pha :

+ Tổng công suất sau khi quy đổi :

+ Các máy gia công kim loại có ksd = 0,15 ;riêng máy biến áp hàn có ksd = 0,3

Tra bảng, nội suy => kmax = 2,4

+ Ptt = kmax ksd ∑ P đm = 2,4 0,18 38,91 = 16,81 (kW)

❖ Kết quả phụ tải tính toán của 5 nhóm được tổng hợp ở bảng dưới:

Nhóm STT Tên thiết bị Số lượn g

P đm (kW) I đm (A) k sd cos n hq k max Phụ tải tính toán

P tt (kW) Q tt (kVAr) S tt (kVA) I tt (A)

Bảng II.2 Phụ tải tính toán của các nhóm phụ tải PXSCCK

P đm (kW) I đm (A) k sd cos n hq k max Phụ tải tính toán

P tt (kW) Q tt (kVAr) S tt (kVA) I tt (A)

2.1.2 Xác định phụ tải tính toán cho PXSCCK a Phụ tải động lực

+ Có 5 nhóm phụ tải nên chọn hệ số đồng thời Kđt = 0,9 :

Qđl = Kđt ( ∑ 5 i=1 Q tti ) = 0,9.(27,3 + 22,44 + 12 + 35,47 + 22,41) = 107,66 (kVAr) b Phụ tải chiếu sáng

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

+ Phụ tải chiếu sáng của phân xưởng :

QCS = PCS.tg = 0 (do coscs =1, dùng đèn sợi đốt) c Phụ tải tính toán toàn PXSCCK

Xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng còn lại

+ Xác định phụ tải động lực của các phân xưởng :

Tra Knc và cos của phụ tải động lực phân xưởng

+ Xác định phụ tải chiếu sáng của phân xưởng : Tương tự như đối với PXSCCK

+ Xác định PTTT của toàn bộ phân xưởng :

+ Kết quả phụ tải tính toán của các phân xưởng được tổng hợp ở bảng 2

Bảng II.3 Phụ tải tính toán của các phân xưởng

3 PX nhuộm và in hoa 1200 1336 0,7 0,8 15 840 630 20,04 0 860,04 630 1066,10

4 PX giặt và đóng gói thành phẩm 600 416 0,7 0,8 15 420 315 6,24 0 426,24 315 530,01

5 PX sửa chữa cơ khí 300 0,6 15 80,74 107,66 4,5 0 85,24 107,66 137,32

8 Ban quản lý và phòng thiết kế 150 691 0,7 0,8 15 120 90 10,37 0 130,37 90 158,42

9 Kho vật liệu trung tâm 50 750 0,8 0,8 15 40 30 11,25 0 51,25 30 59,38

Xác định phụ tải tính toán của toàn nhà máy

− Xác định phụ tải tính toán của toàn nhà máy

+ Có 9 phân xưởng nên chọn hệ số đồng thời Kđt = 0,85

Biểu đồ phụ tải

Bảng II.4 Biểu đồ phụ tải

Tâm Phụ tải R (mm)  cs ( o ) X(mm) Y(mm)

3 PX nhuộm và in hoa

4 PX giặt và đóng gói thành phẩm

5 PX sửa chữa cơ khí

8 Ban quản lý và phòng thiết kế

9 Kho vật liệu trung tâm

+ R = √ S PX π.m , chọn m: Tỷ lệ xích (kVA/mm 2 ) thích hợp, thường lấy m  3kVA/mm 2

− Tọa độ tâm phụ tải M(X0,Y0) được xác định như sau:

Hình 1 Biểu đồ phụ tải toàn nhà máy

Thiết kế mạng điện cao áp của nhà máy

Chọn cấp điện áp nguồn điện cấp cho mạng cao áp của nhà máy

− Xác định điện áp tính toán theo công thức kinh nghiệm như sau :

+ l : Khoảng cách từ nhà máy đến trạm biến áp trung gian của hệ thống điện (km)

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

Dựa trên kết quả tính toán, chúng tôi quyết định sử dụng cấp điện áp trung áp 35kV cho hệ thống cung cấp điện của nhà máy Với vị trí, công suất và yêu cầu cung cấp điện của các phân xưởng, chúng tôi có thể đề xuất các phương án cung cấp điện phù hợp.

Đề xuất các phương án sơ đồ cung cấp điện của mạng cáo áp nhà máy

3.2.1 Chọn sơ đồ cung cấp điện từ nguồn điện nhà máy

Chọn phương án dẫn điện bằng một đường dây từ TBATG của hệ thống điện đến tâm phụ tải (trạm trung tâm) của toàn nhà máy, từ đó phân phối điện đến các phân xưởng.

Tại tâm phụ tải của nhà máy, một trạm biến áp trung tâm (TBATT) được lắp đặt để hạ điện áp nguồn từ 35kV xuống 10kV, sau đó cung cấp điện cho các phân xưởng thông qua các trạm biến áp phân xưởng (TBAPX) Do nhà máy thuộc loại 2, nên trạm biến áp trung gian (TBATG) cần được trang bị 2 máy biến áp (MBA) với công suất được lựa chọn dựa trên các điều kiện cụ thể.

2 SđmB  Sttnm = 4750,6  SđmB  2375,3 (kVA) Chọn MBA : 2500 kVA – 35/10kV

+ Tọa độ tâm phụ tải M(X0,Y0) của nhà máy được xác định như sau:

∑ 9 i=1 S i = 54,67 (mm) + Điểm đặt tốt nhất để đặt TBATG hoặc TPPTT có toạ độ M (48,03 ; 54,67)

3.2.2 Chọn phương án trạm biến áp phân xưởng

Nguyên tắc chọn phương án trạm biến áp phân xưởng:

Khi lựa chọn máy biến áp, nên chọn ít chủng loại công suất và tránh chọn máy biến áp phân phối (MBAPP) có công suất trên 1000kVA, vì loại máy này không phổ biến trong sản xuất.

+ Các phụ tải công suất lớn (trên 2000kVA) có thể được cấp điện từ 2 TBAPX trở lên

Các phụ tải công suất nhỏ có thể được kết nối chung qua một TBAPX Để tối ưu hóa hiệu suất, vị trí của TBAPX nên được đặt tại phân xưởng có công suất lớn nhất và yêu cầu cung cấp điện cao nhất.

Số lượng máy biến áp trong một trạm biến áp phân phối (TBAPX) được xác định dựa trên nhu cầu cung cấp điện của phụ tải quan trọng nhất Đối với phụ tải loại I và II, cần lắp đặt 2 máy biến áp, trong khi phụ tải loại III chỉ yêu cầu 1 máy.

❖ Phương án 1: Đặt 4 trạm biến áp

Trạm biến áp B1 cung cấp điện cho phân xưởng kéo sợi (1), ban quản lý và phòng thiết kế (8), cùng với kho vật liệu trung tâm (9), sử dụng 2 máy biến áp hoạt động song song Việc lựa chọn công suất máy biến áp là yếu tố quan trọng trong thiết kế hệ thống điện.

• Chọn dùng 2 máy biến áp có SđmB = 750 (kVA) ; 10/0,4(kV)

• Vậy chọn 2 máy biến áp có SđmB = 750 (kVA) ; 10/0,4(kV) thỏa mãn

− Trạm biến áp B2 : Cấp điện cho phân xưởng dệt vải (2), đặt 2 máy biến áp làm việc song song

+ Chọn công suất máy biến áp :

− Trạm biến áp B3 : Cấp điện cho phân xưởng nhuộm và in hoa (3),phân xưởng giặt và đóng gói thành phẩm (4), đặt 2 máy biến áp làm việc song song

− Trạm biến áp B4 : Cấp điện cho PX sửa chữa cơ khí (5), PX mộc (6), trạm bơm

• Vậy chọn 1 máy biến áp có SđmB = 400 (kVA) ; 10/0,4(kV)

− Trạm biến áp B1 : Cấp điện cho phân xưởng kéo sợi (1), đặt 2 máy biến áp làm việc song song

• Vậy phải chọn 2 máy biến áp có SđmB = 750 (kVA) ; 10/0,4(kV) thỏa mãn

− Trạm biến áp B2 : Cấp điện cho phân xưởng dệt vải (2), đặt 2 máy biến áp làm việc song song

− Trạm biến áp B3 : Cấp điện cho phân xưởng nhuộm và in hoa (3), đặt 2 máy biến áp làm việc song song

− Trạm biến áp B4 : Cấp điện cho phân xưởng giặt và đóng gói thành phẩm (4),

PX sửa chữa cơ khí (5), PX mộc (6), đặt 2 máy biến áp làm việc song song + Chọn công suất máy biến áp :

− Trạm biến áp B5 : Cấp điện cho trạm bơm (7), ban quản lý và phòng thiết kế (8), kho vật liệu trung tâm (9) , đặt 1 máy biến áp

• Vậy chọn 1 máy biến áp có SđmB = 400 (kVA) ; 10/0,4(kV)

Phân xưởng (PX) Phụ tải tính toán

PX Phụ tải tính toán TBAPX Chọn công suất TBAPX

8 Ban quản lý và phòng thiết kế 130,37 90

9 Kho vật liệu trung tâm 51,25 30

3 PX nhuộm và in hoa 860,04 630

4 PX giặt và đóng gói thành phẩm 426,24 315

5 PX sửa chữa cơ khí 85,24 107,66

Phân xưởng (PX) Phụ tải tính toán PX Phụ tải tính toán TBAPX Chọn công suất TBAPX

3 PX nhuộm và in hoa 860,04 630 860,04 630 1066,10 B3 630 2

4 PX giặt và đóng gói thành phẩm 426,24 315

5 PX sửa chữa cơ khí 85,24 107,66

8 Ban quản lý và phòng thiết kế 130,37 90

9 Kho vật liệu trung tâm 51,25 30

3.2.3 Lựa chọn các phương án nối dây của mạng cao áp

Nhà máy thuộc hộ loại II yêu cầu sử dụng lộ kép cho đường dây từ TBATG về trung tâm cung cấp, bao gồm TBATG hoặc trạm phân phối trung tâm của nhà máy.

Mạng cao áp trong nhà máy được thiết kế theo sơ đồ hình tia, lộ kép nhằm đảm bảo tính quan trọng của các phân xưởng Sơ đồ này mang lại nhiều ưu điểm như kết nối dây điện rõ ràng, mỗi trạm biến áp phân xưởng được cấp điện từ một đường dây riêng, giảm thiểu ảnh hưởng lẫn nhau Điều này giúp nâng cao độ tin cậy trong cung cấp điện, dễ dàng thực hiện các biện pháp bảo vệ, tự động hóa và thuận tiện trong vận hành.

+ Từ những phân tích trên có thể đưa ra 4 phương án thiết kế mạng cao áp như sau:

Hình 2.Các phương án thiết kế mạng điện cao áp của nhà máy

Sơ bộ chọn các thiết bị điện

3.3.1 Chọn công suất máy biến áp

Việc chọn công suất máy biến áp được thực hiện theo các phương án sơ đồ được đề xuất ở mục 3.2.2

3.3.2 Chọn thiết diện dây dẫn a, Chọn thiết diện cáp trung áp

− Điều kiện chọn: Chọn theo mật độ dòng điện kinh tế

• Tính thiết diện kinh tế của dây dẫn:

Fkt: Tiết diện dây kinh tế

Ilvmax: Dòng điện làm việc lớn nhất chạy qua dây dẫn trong chế độ làm việc bình thường

Jkt: Mật độ dòng kinh tế (A/mm2)

• Chọn thiết diện chuẩn gần thiết diện kinh tế nhất

• Kiểm tra điều kiện phát nóng dài hạn k.Icp  Ilvmax

Chỉ cần chọn một xuất tuyến có chiều dài lớn nhất và công suất lớn nhất để kiểm tra b, Chọn thiết diện cáp hạ áp

− Điều kiện chọn: Phát nóng dài hạn k.Icp  Ilvmax k: hệ số hiệu chỉnh Icp theo điều kiện lắp đặt thực tế

Ilvmax: Dòng điện lớn nhất chạy qua dây dẫn trong trong mọi chế độ làm việc dài hạn

Chú ý: Đối với cáp trung áp cấp đến các trạm biến áp phân xưởng

Điều kiện kiểm tra tổn thất cho phép trong nhà máy có thể bỏ qua do chiều dài cáp ngắn Đường dây cung cấp điện cho nhà máy sử dụng dây nhôm lõi thép (AC) treo trên không, với thời gian hoạt động trên 3000 giờ, ta chọn Jkt = 1.1 Đối với đường dây trên không và nhiệt độ môi trường lắp đặt là 30 độ C, hệ số k được lấy là 1 Bảng tổng kết sẽ được cung cấp sau đó.

− Từ TBATT đến trạm B1, B2, B3, B4 dùng cáp lộ kép

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng dài hạn của cáp trung áp k.Icp  Ilvmax thoản mãn

− Từ B1-PX8, B1-PX9, B4-PX6, B4-PX7 dùng cáp lộ đơn, từ B3-PX4 dùng cáp lộ kép

− Từ TBATT đến trạm B1,B2,B3,B4 dùng cáp lộ kép;từ TBATT đến trạm B5 dùng lộ đơn

Kiểm tra điều kiện phát nóng dài hạn của cáp trung áp k.Icp  Ilvmax thoản mãn

− Từ B4-PX5,B4-PX6,B5-PX7, B5-PX8 dùng cáp lộ đơn

− Từ TPPTT đến trạm B1,B2,B3,B4 dùng cáp lộ kép

− Từ B1-PX8,B1-PX9,B4-PX6, B4-PX7 dùng cáp lộ đơn, từ B3-PX4 dùng cáp lộ kép

Nhánh Uđm (kV) S (kVA) I (A) I cp (A) k Chọn F

− Từ TPPTT đến trạm B1,B2,B3,B4 dùng cáp lộ kép;từ TPPTT đến trạm B5 dùng lộ đơn

− Từ B4-PX5,B4-PX6,B5-PX7, B5-PX8 dùng cáp lộ đơn

Nhánh Uđm (kV) S (kVA) I (A) I cp (A) k Chọn F

− Điều kiện chọn máy cắt:

• Điện áp định mức: UđmMC≥ Uđm.m

• Dòng điện định mức: IđmMC≥ Iđm.m

− Căn cứ vào điều kiện trên:

Phương án 1 cho đầu vào TBATT sử dụng 2 máy cắt 36 kV Với việc lắp đặt 7 MBA, đầu ra TBATT sẽ chọn 7 máy cắt 36 kV Hệ thống sử dụng thanh góp 2 phân đoạn, trong đó giữa 2 phân đoạn có một thiết bị được đặt.

Loại U đm (kV) I đm( A) I cắtđm (kA) I ôđn /t ôđn (kA/s) I ôđn (kA) Giá tiền 1 máy cắt

Phương án 2 cho đầu vào TBATT là sử dụng 2 máy cắt 36 kV Với việc lắp đặt 9 MBA, đầu ra TBATT sẽ chọn 9 máy cắt 36 kV Hệ thống sử dụng thanh góp 2 phân đoạn, trong đó giữa 2 phân đoạn có 1 thiết bị được đặt.

Đầu vào của TPPTT sử dụng 2 máy cắt 36 kV Với việc lắp đặt 7 máy biến áp (MBA), đầu ra của TPPTT sẽ được chọn 7 máy cắt 12 kV Hệ thống sử dụng thanh góp với 2 phân đoạn, và giữa 2 phân đoạn này sẽ có 1 thiết bị được lắp đặt.

Phương án 4 đề xuất sử dụng 2 máy cắt 36 kV cho đầu vào của trạm phân phối điện trung gian (TPPTG) Với việc lắp đặt 9 máy biến áp (MBA), đầu ra của TPPTG sẽ được lựa chọn với 9 máy cắt 12 kV Hệ thống sẽ sử dụng thanh góp chia thành 2 phân đoạn, với 1 thanh góp đặt giữa hai phân đoạn này.

Tính toán kinh tế kỹ thuật chọn phương án thiết kế

3.4.1 Xác định vốn đầu tư thiết bị

− Tỷ giá quy đổi USD/VND= 23000

Thiết bị điện Đơn vị Đơn giá (Tr.đ)

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

SL Thành tiền SL Thành tiền SL Thành tiền SL Thành tiền MBA

− Tổn thất điện năng trong các MBA:

 : Thời gian tổn thất công suất lớn nhất

− Tổn thất điện năng của mỗi trạm biến áp được xác định như sau: ΔA = N B ΔP 0 8760 + 1

TBA Số máy S max (kVA) S đmB (kVA) P 0 (kW) P N (kW) A(kWh)

Tổn thất điện năng trong các TBA của phương án 1:

TBA Số máy Smax(kVA) SđmB(kVA) P0(kW) PN(kW) A(kWh)

− Tổn thất điện năng trên đường dây: ΔA = ΔP τ = P 2 + Q 2

Công suất tác dụng (P) và công suất phản kháng (Q) là hai yếu tố quan trọng khi tính toán trên đoạn đường dây hoặc cáp Điện trở của đoạn đường dây, ký hiệu là R, được tính bằng công thức R = ro.l, trong đó ro là điện trở đơn vị (Ω/km) và l là chiều dài đoạn đường dây tính bằng kilômét.

+ Uđm : Điện áp định mức của đường dây

+  : Thời gian tổn thất công suất lớn nhất

Tổn thất điện năng trên đường dây của phương án 1:

AD = 26096.045 (kWh) Đường cáp F(mm 2 ) U đm (kV) S(kVA) r 0 (/km) L(m) R() A(kWh)

B4-PX7 35 0.4 92.20 0.524 128.825 0.068 5690.25 Đường cáp F(mm 2 ) U đm (kV) S(kVA) r 0 (/km) L(m) R() A(kWh)

− Tổn thất điện năng trong các TBA và đường dây: Đường cáp F(mm 2 ) U đm (kV) S(kVA) r 0 (/km) L(m) R() A(kWh)

B4-PX7 35 0.4 92.20 0.524 128.825 0.068 5690.25 Đường cáp F(mm 2 ) U đm (kV) S(kVA) r 0 (/km) L(m) R() A(kWh)

Tổn thất điện năng Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3 Phương án 4

Tổn thất điện năng đường dây(kWh)

Tổng tổn thất điện năng (kWh)

+ Hàm chi phí tính toán:

+ Kết quả tính toán cho thấy phương án 1 và phương án 2 có tổn thất điện năng lớn hơn phương án 3 và 4 nhiều lên loại bỏ không lựa chọn

Trong hai phương án 3 và 4, phương án 3 có vốn đầu tư và chi phí thấp hơn, trong khi phương án 4 lại cung cấp nhiều chủng loại MBA hơn, nhưng việc thay thế và sửa chữa trở nên không thuận tiện.

+ Hơn nữa, phương án 4 có tổn thất điện năng lớn hơn phương án 3 nên về lâu dài trong quá trình vận hành sẽ không kinh tế bằng phương án 3

+ Vì vậy ta chọn phương án 3 làm phương án thiết kế.

Thiết kế chi tiết cho phương án được chọn

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

Nhà máy thuộc hộ loại II, do đó, đường dây trung áp cung cấp điện từ TBATG về TPPTT sử dụng lộ kép trên không, với khoảng cách 12km giữa hai điểm này.

− Với dây nhôm lõi thép, Tmax = 3000h, tra bảng ta được mật độ dòng kinh tế:

− Chọn dây nhôm lõi thép không vỏ tiết diện 35 mm 2 , AC – 35 kiểm tra dây đã chọn theo điều kiện dòng sự cố Tra bảng dây AC – 35 có Icp = 170 A

Các đại lượng Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3 Phương án 4

Tổn thất điện năng (kWh) 318396.759 319843.545 210251.714 212444.276 Hàm chi phí tính toán

− Khi 1 dây bị đứt thì dây còn lại chuyển tải toàn bộ công suất:

+ Đối với đường dây trên không và nhiệt độ môi trường lắp đặt dây dẫn là

➔ I cp k > I max + Kiểm tra dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp: Với dây dẫn AC – 35, tra bảng được r 0 = 0,85 Ω km, x 0 = 0,403 Ω km

+ Ta có: ∆U cp = 5% U đm = 1,75 kV

Vậy tiết diện dây dẫn thỏa mãn các yêu cầu

Mục đích của việc kiểm tra thiết bị trong chế độ sự cố ngắn mạch là để đảm bảo an toàn, tin cậy và kinh tế cho hệ thống cung cấp điện Các thiết bị cần kiểm tra bao gồm máy biến áp, cáp trung áp và máy cắt trung áp, cùng với các thiết bị phân phối điện khác như BU, BI, chống sét van, cầu chì, cầu dao phía cao áp và aptomat phía hạ áp.

Khi tính toán ngắn mạch, việc lựa chọn thiết bị tiết kiệm chi phí là rất quan trọng Để đơn giản hóa quá trình này, ta sẽ tính toán dòng điện ngắn mạch 3 pha trong trạng thái các máy cắt và aptomat đều ở chế độ cắt Do đó, mạng điện được tính toán sẽ bao gồm một nguồn cung cấp, một máy biến áp (MBA), một cáp và một aptomat, tạo thành một mạng điện hở.

Để kiểm tra máy cắt và thanh góp, cần tính nghiệm mô tại điểm N trên thanh cái TPPTT Bên cạnh đó, việc tính nghiệm mô tại các điểm N1i phía cao áp của các thiết bị APX là cần thiết để kiểm tra cáp, tủ cao áp và dao cách ly 35 kV tại các trạm.

+ Tính NM tại các điểm N2i phía hạ áp của các TBAPX để chọn aptomat của các trạm

+ Ngắn mạch xa nguồn có IN = I’’= I∞

+ Điện áp trung bình của đường dây :

U tb = 1,05 U đm = 1,05.35 = 36,75 (kV) + Điện kháng của hệ thống:

+ Thông số của đường dây trên không và cáp được tính trong bảng dưới đây Đường dây Cáp L (m) r0 (Ω/km) x0 (Ω) R (Ω) X (Ω) Nguồn – TPPTT AC-35 12.10 3 0.85 0.403 10,20 4.84 TPPTT – B1 2xXLPE(3x25) 67,9 1,2 0,211 0,0815 0,014

+ Tính toán tương tự với các điểm N22, N23, N24 :

Ta được bảng sau: Điểm ngắn mạch R Ci (Ω) X Ci (Ω) Z 2i (Ω) I N (kA) I xkN (kA)

- Thông số các MBAPX được tính theo công thức:

Thay số tính toán ta tính được điện trở và điện kháng của các MBAPX ở cấp điện áp 35kV như bảng dưới đây:

Tên trạm S dm (KVA) ΔP N (kW) U N % (kW) R B (Ω) X B (Ω) Z B (Ω)

-Tính dòng điện ngắn mạch khi sự cố tại điểm N31:

= = Quy về cấp điện áp 0,4 kV:

= = = Tính toán tương tự ta có dòng ngắn mạch tại các điểm N32, N33, N34 Điểm ngắn mạch R Bi (Ω) X Bi (Ω) Z 3i (Ω) 35

I NM (kA) I NM 0,4 (kA) I xkN (kA)

3.5.3 Kiểm tra các thiết bị điện đã được sơ bộ chọn ở phần so sánh kinh tế - kỹ thuật

− Kiểm tra cáp trung áp theo điều kiện ổn định nhiệt :

• Fôđn : Thiết diện ổn định nhiệt của cáp

•  : Hệ số xác định bởi nhiệt độ phát nóng giới hạn của cáp Cáp đồng  = 7, cáp nhôm  = 12

• I : Dòng điện ngắn mạch ba pha xác lập

• tqđ : Thời gian quy đổi nhiệt của dòng điện ngắn mạch

Tuyến cáp U đm (KV) I N (kA)  t qđ F ôđn Chọn F

− Kiểm tra máy cắt theo các điều kiện sau ứng với chế độ ngắn mạch

• tqđ : thời gian ổn định nhiệt định mức, nhà chế tạo cho tương ứng với Iôđn

• I” : dòng ngắn mạch siêu quá độ, trong tính toán ngắn mạch coi ngắn mạch là xa nguồn, bằng dòng ngắn mạch chu kỳ

I ôđđ (kA) i xk (kA) Kết luận

3.5.4 Lựa chọn các thiết bị phân phối điện khác

− Chọn cầu chì cao áp:

Dựa trên số liệu đã được tính toán trong các phần trước, bảng chọn cầu chì cao áp cho từng trạm biến áp được trình bày theo Bảng tra cứu PLIII.12, sử dụng sản phẩm của hãng SIEMENS theo hướng dẫn trong sách Thiết kế cấp điện.

TBA U đm (KV) S (kVA) I lv.max (A) I” (kA) Cầu chì

− Chọn cầu dao cao áp :

+ Iodn.DCL ≥ I∞.√ tqd todn.DCL

Dựa trên số liệu đã được tính toán trong các phần trước, bảng chọn cầu dao cao áp cho từng trạm biến áp đã được xác định, theo thông tin từ Bảng tra cứu PLIII.4 về thông số kỹ thuật của cầu dao phụ tải do ABB sản xuất trong sách Thiết kế cấp điện.

I xkN (kA) I ∞ (kA) Cầu dao

− Chọn áp tô mát tổng và áp tô mát phân đoạn phía hạ áp của TBAPX :

+ Iđm.A ≥ Ilv.max= kqt.SdmB

Chọn áp tô mát tổng là bước quan trọng trong thiết kế cấp điện Dựa trên số liệu đã tính toán, bảng chọn áp tô mát tổng được xác định theo thông số kỹ thuật từ 16 đến 3200A do Merlin Gerin chế tạo, như được nêu trong sách Thiết kế cấp điện.

− Chọn áp tô mát phân đoạn :

Theo số liệu từ Bảng tra cứu PLIV.3, các thông số kỹ thuật của các loại áp tô mát từ 16 đến 3200A do Merlin Gerin sản xuất đã được tính toán và trình bày trong sách Thiết kế cấp điện.

+ Từ B1-PX8,B1-PX9,B4-PX6, B4-PX7 dùng cáp lộ đơn

+ Từ B3-PX4 dùng cáp lộ kép

Hình 3 Sơ đồ nguyên lý mạng điện cao áp của nhà máy

THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP CHO PHÂN XƯỞNG SỬA CHỮA CƠ KHÍ

Lựa chọn các thiết bị cho tủ phân phối

4.1.1 Lựa chọn aptômat cho tủ phân phối

√3.0,4 = 198,2 (A) + Điện áp định mức: UđmA  Uđmm = 0,4 (kV)

+ Dòng điện định mức: IđmA  Ilvmax = 198,2

+ Trong tủ hạ áp của TBA B4, ở đầu đường dây đến tủ phân phối đặt 1 aptomat loại

NS250N do hãng Merin Gerin chế tạo có IđmA = 250 (A)

− Chọn aptopmat tại các TĐL :

+ Điện áp định mức: UđmA.i  Uđmm = 0,4 (kV)

+ Dòng điện định mức: IđmAi  Ilvmax.i

+ Kết quả lựa chọn được tổng hợp vào bảng sau :

Bảng IV 1 Chọn aptomat cho tủ phân phối PXSCCK

Tuyến cáp I tt (A) Loại I đm (A) U đm (V) I cắtN (kA) Số cực

4.1.2 Chọn cáp từ TBA B4 về tủ phân phối của phân xưởng

− Phân xưởng sửa chữa cơ khí có :

− Vì chỉ có một cáp đi trong rãnh dưới đất nên khc = 1 ; điều kiện chọn cáp là :

− Chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi (3 lõi + trung tính ) , cách điện PVC do hãng LENS chế tạo loại (3x70+50) có Icp = 254 (A)

− Kiểm tra cáp theo điều kiện phối hợp với thiết bị bảo vệ khi bảo vệ bằng aptomat:

1,5 = 208,33 (A) + Vậy cáp đã chọn là hợp lý

4.1.3 Chọn cáp từ tủ phân phối đến các tủ động lực

Các đường cáp từ tủ phân phối (TPP) đến các tủ động lực (TĐL) được lắp đặt trong rãnh cáp dọc theo tường bên trong và cạnh lối đi của phân xưởng.

Cáp được lựa chọn dựa trên điều kiện phát nóng tối đa cho phép, đồng thời cần kiểm tra sự phối hợp với các thiết bị bảo vệ và đảm bảo điều kiện ổn định nhiệt trong trường hợp xảy ra sự cố ngắn mạch.

− Do chiều dài cáp không lớn nên có thể bỏ qua không cần kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép

− Chọn cáp từ tủ phân phối (TPP) tới tủ động lực (TĐLi) :

+ Chọn cáp đồng 4 lõi cách điện PVC do hãng LENS chế tạo

+ Kết quả chọn cáp từ TPP-TĐL được tổng hợp dưới bảng sau :

Bảng IV.2 Chọn cáp cho TPP-TĐL

Tuyến cáp I tt (A) (1,25.I đmA )/1,5 F(mm 2 ) I cp (A)

4.1.4 Chọn thanh góp cho các tủ phân phối và tủ động lực

➢ Thanh góp cho tủ phân phối :

− Chọn thanh góp theo điều kiện phát nóng cho phép :

+ k1 = 1 : với thanh góp đặt đứng

+ k2 = 1 : hệ số hiệu chỉnh nhiệt theo môi trường

− Tra PL VI.9 chọn thanh góp đồng hình chữ nhật M(40x4) có Icp = 625 (A) Mỗi pha đặt 3 thanh

− Chiều dài l = 1m ; khoảng cách trung bình hình học D = 100 m

➢ Thanh góp cho tủ động lực 4 :

− Chọn thanh góp theo điều kiện phát nóng cho phép :

− Chọn thanh góp đồng hình chữ nhật M(25x3) có Icp = 340 (A) Mỗi pha đặt 3 thanh

➢ Các tủ còn lại chọn tương tự :

Bảng IV.3 Chọn thanh góp cho tủ phân phối và tủ động lực

Tuyến cáp U đm (kV) S tt (kVA) I tt (A) Kích thước (mm)

4.1.5 Tính toán ngắn mạch lưới hạ áp

− Khi tính toán ngắn mạch phía hạ áp, ta xem MBA B2 là nguồn

Các thiết bị được lựa chọn trong dòng ngắn mạch này nếu đáp ứng đủ điều kiện về ổn định động và ổn định nhiệt sẽ hoạt động hiệu quả trong các điều kiện thực tế.

− Để giảm nhẹ khối lượng tính toán ta chỉ kiểm tra với tuyến cáp có khả năng xảy ra sự cố nặng nề nhất là tuyến đến TĐL4

− Khi cần thiết có thể kiểm tra thêm các tuyến cáp còn nghi vấn, việc tính toán cũng tiến hành tương tự

− Sơ đồ nguyên lý thay thế cho sơ đồ đi dây từ TBA B4 cấp điện cho phân xưởng sửa chữa cơ khí, phân xưởng dập như hình

Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý

Hình 4.2 Sơ đồ thay thế

+ PXSCCK nhận điện từ thanh góp 1 (TG1) của trạm B4

+ A1 nối giữa MBA B4 và TG1

+ A2 đặt ở đầu và cuối đường cáp C1 nối với 2 thanh góp TG1 và TG2

+ TG2 đặt trong tủ phân phối của phân xưởng SCCK

A3 là aptômat được lắp đặt ở đầu và cuối đường cáp C2, có nhiệm vụ nhận điện từ tủ phân phối để cấp điện cho tủ động lực 4 (TĐL4) Tủ động lực 4 có dòng điện tính toán lớn nhất, do đó, khả năng xảy ra sự cố nặng nề nhất là cao nhất.

− Điện trở và điện kháng của MBA tại trạm B4 quy về hạ áp :

− Điện trở và điện kháng của aptomat :

+ Aptomat loại NS250N : RA2 = 0,36 + 0,6 = 0,96 (m) ; XA2 = 0,28 (m)

+ Aptomat loại NC100H : RA3 = 1,3 (m) ; XA3 = 0,86 (m)

− Điện trở và điện kháng của cáp :

Chiều dài L = 100 m r0 = 0,268 (/km) → RC1 = r0.l = 26,8 (m) x0 = 0,08 (/km) → XC1 = x0.l = 8 (m)

Chiều dài L = 27 (m) ( khoảng cách đến tủ động lực xa nhất ) r0 = 1,15 (/km) → RC2 = r0.l = 31,05 (m) x0 = 0,07 (/km) → XC2 = x0.l = 1,89 (m)

+ R1 = RBA + RTG1 + 2RA2 + RC1 = 0,92 + 0,125 + 2.0,96 + 26,8 = 29,77 (m) + X1 = XBA + XTG1 + 2XA2 + XC1 = 20 + 0,145 + 2.0,28 + 8 = 28,71 (m)

+ Kiểm tra khả năng cắt của áptômát loại NS250N có IcắtN = 8 kA > 5,58 (kA) Vậy áptômát đã chọn thoả mãn

+ Kiểm tra ổn định động của thanh góp TG1 :

• Dự định đặt 3 thanh góp cách nhau 15cm, mỗi thanh đặt trên 2 sứ khung tủ cách nhau 70cm

6 = 0,107 (cm 2 ) – thanh góp đặt đứng

• Với thanh cái bằng đồng cp = 1400  tt = 481,87 (kG/cm 2 )

• Vậy thanh cái đã chọn thỏa mãn điều kiện ổn định động

+ R2 = R1 + RTG2 + 2RA3 + RC2 = 29,77 + 0,125 + 2.1,3 + 31,05 = 63,55 (m) + X2 = X1 + XTG2 + 2XA3 + XC2 = 28,71 + 0,145 + 2.0,86 + 1,89 = 32,47 (m) → Z2 = √R 2 2 + X 2 2 = 71,36 (m)

+ Kiểm tra khả năng cắt của áptômát loại NC100H có IcắtN = 6 kA > 3,24 (kA)

Vậy áptômát đã chọn thoả mãn

+ Kiểm tra ổn định động của thanh góp TG2 :

• Dự định đặt 3 thanh góp cách nhau 15cm, mỗi thanh đặt trên 2 sứ khung tủ cách nhau 70cm

6 = 0,107 (cm 2 ) – thanh góp đặt đứng

• Với thanh cái bằng đồng cp = 1400  tt = 162,54 (kG/cm 2 )

• Vậy thanh cái đã chọn thỏa mãn điều kiện ổn định động

Lựa chọn thiết bị trong các tủ động lực và dây dẫn đến các thiết bị của phân xưởng

4.2.1 Chọn aptomat cho các tủ động lực

Các aptômat tổng của tủ động lực có thông số tương tự như các aptômat nhánh của tủ phân phối Kết quả lựa chọn aptômat được ghi lại trong bảng 4.3.

Bảng IV.4 Chọn aptomat cho các tủ động lực

Tuyến cáp I tt (A) Loại I đm (A) U đm (V) I cắtN (kA) Số cực

4.2.2.Chọn aptomat và cáp cho các thiết bị và nhóm thiết bị trong tủ động lực

√3cos.U đm + Điện áp định mức: UđmA  Uđmm = 0,4 (kV)

+ Dòng điện định mức: IđmA  Ilvmax

− Chọn cáp từ tủ động lực đến các động cơ :

+ Điều kiện kiểm tra phối hợp với các thiết bị bảo vệ khi bảo vệ bằng aptômat :

− Kết quả lựa chọn được tổng hợp dưới bảng sau :

BÀI TẬP DÀI – NHÓM 1 54 mặt bằng P đm (kW) I tt (A) F(mm 2 ) I cp (A) Loại I đmA (A) I ktđl /1,5(A) U đm (V)

4 Máy tiên ren cao cấp chính xác 4 1,7 4,09 4G1,5 31 C60L 25 20,83 440

5 Máy mài dao cắt gọt 18 0,65 1,56 4G1,5 31 C60L 25 20,83 440

7 Máy mài sắc mũi phay 20 1 2,41 4G1,5 31 C60L 25 20,83 440

10 Thiết bị để hóa bền kim loại 23 0,8 1,92 4G1,5 31 C60L 25 20,83 440

Bảng IV.5 Chọn aptomat và cáp cho các thiết bị và nhóm thiết bị trong tủ động lực

Nhóm STT Tên thiết bị Ký hiệu trên mặt bằng

P đm (kW) I tt (A) F(mm 2 ) Icp(A) Loại I đmA (A) I ktđl /1,5(A) U đm (V)

Hình 4 Sơ đồ nguyên lý mạng điện hạ áp của phân xưởng sửa chữa cơ khí

Hình 5 Sơ đồ mặt bằng và đi dây của phân xưởng sửa chữa cơ khí

Tiêu đề	Thiết kế cấp điện cho nhà máy liên hợp dệt
Tác giả	Nguyễn Tiến Thảo, Lê Đức Thọ, Nguyễn Duy Phương, Bùi Việt Hoàng, Bùi Nhật Minh, Phạm Trung Kiên, Đặng Quang Tiến, Lê Duy Huy, Hoàng Văn Hiệu, Nguyễn Trường Giang, Lê Anh Tài, Hồ Việt Anh, Phạm Đức Cường, Trương Bá Binh
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Hồng Nhung
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Điện
Thể loại	Bài tập dài
Năm xuất bản	2020
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	63
Dung lượng	2,25 MB