Thiết kế môn học cung cấp điện cho xí nghiệp

Nhờ có những thành công trong cải cách kinh tế, đất nước ta đang trên đà phát triển với những tiến bộ vượt bậc và những thành tựu to lớn về mọi mặt. Ngành Điện với phương châm “Điện khí hóa phải đi trước một bước” đã góp phần không nhỏ vào những thành công đó, đó là niềm tự hào cho mỗi sinh viên ngành Điện chúng em, đồng thời cũng là nhân tố thúc đẩy chúng em không ngừng học tập và rèn luyện. Trong học kỳ II, năm học 20222023, em được giao đề tài đồ án môn học “Thiết kế cung cấp điện cho xí nghiệp công nghiệp’’dưới sự hướng dẫn trực tiếp của

THIẾT KẾ MÔN HỌC

HỌC PHẦN: CUNG CẤP ĐIỆN

Đề tài: Thiết kế cung cấp điện cho xí nghiệp

LỜI MỞ ĐẦU

Nhờ có những thành công trong cải cách kinh tế, đất nước ta đang trên đà phát triển với những tiến bộ vượt bậc và những thành tựu to lớn về mọi mặt Ngành Điện với phương châm “Điện khí hóa phải đi trước một bước” đã góp phần không nhỏ vào những thành công đó, đó là niềm tự hào cho mỗi sinh viên ngành Điện chúng em, đồng thời cũng là nhân tố thúc đẩy chúng em không ngừng học tập

và rèn luyện.

Trong học kỳ II, năm học 2022-2023, em được giao đề tài đồ án môn học

“Thiết kế cung cấp điện cho xí nghiệp công nghiệp’’dưới sự hướng dẫn trực tiếp của

Sau thời gian làm đồ án được dưới sự hướng dẫn của cô cùng với sự cố gắng của bản thân, đến nay đồ án đã được hoàn thành với đầy đủ nội dung yêu cầu song

do khả năng còn hạn chế, kiến thức chuyên môn và kinh nghiệm thực tế chưa được đầy đủ, do đó bản đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót, khuyết điểm Vì vậy

em rất mong cô bổ sung và sửa chữa để đồ án của em thêm hoàn thiện.

Cuối cùng em xin được gửi tới cô – người đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành đồ án này lời cảm ơn chân thành nhất!

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG 1 XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI ĐIỆN 6

1.1.Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng 1 (chữ cái Đ) 6

1.1.1 Phụ tải động lực : 6

1.1.2 Phụ tải chiếu sáng 7

1.2 Xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng 7

1.3 Tổng hợp phụ tải của toàn xí nghiệp 7

1.4 Xây dựng biểu đồ phụ tải cho xí nghiệp 8

1.4.1 Xác định bán kính của biểu đồ phụ tải 8

1.4.2 Góc của phụ tải chiếu sáng 8

CHƯƠNG 2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CUNG CẤP ĐIỆN 9

2.1 Xác định vị trí trạm biến áp của toàn xí nghiệp 9

2.2 Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện của 2 phương án 9

2.1.1 Sơ đồ nguyên lý (SĐNL-Single Line Diagram) 9

2.1.2 Phương án đi dây (vẽ đi dây cấp điện từ TBA đến phân xưởng trên sơ đồ mặt bằng) 9

2.3 Lựa chọn máy biến áp 10

2.4 Lựa chọn dây dẫn từ điểm đấu điện về trạm biến áp 10

CHƯƠNG 3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CUNG CẤP ĐIỆN 12

3.1 Xác định tổn hao điện áp trên đường dây trung áp 12

3.2 Xác định tổn hao công suất, tổn hao điện năng trên đường dây và trong máy biến áp 12

3.2.1 Xác định tổn hao công suát trên đường dây 12

3.2.2 Xác định tổn hao điện năng trên đường dây 13

3.2.3 Xác định tổn hao công suất trong máy biến áp 13

3.2.4 Xác định tổn hao điện năng trong máy biến áp 13

3.3 Lựa chọn dây dẫn, xác định tổn hao điện áp trên đường dây phía hạ áp 13

3.4 Xác định tổn hao công suất trên đường dây hạ áp 17

3.5 Lựa chọn các thiết bị đóng cắt và bảo vệ 18

3.5.1 Tính toán ngắn mạch 18

3.5.2 Lựa chọn và kiểm tra thiết bị phía trung áp 19

3.5.3 Lựa chọn và kiểm tra thiết bị phía hạ áp 19

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT – CHỐNG SÉT VÀ NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT COS  22

4.1 Tính toán nối đất trung tính 22

4.2 Tính toán nối đất chống sét 22

4.3 Tính toán chống sét 23

4.3.1 Chống sét trực tiếp 23

4.3.2 Lựa chọn thiết bị chống sét quá điện áp 24

4.4 Nâng cao hệ số công suất cos φ 25

4.4.1 Phương pháp nâng cao hệ số công suất cos φ 25

KẾT LUẬN 27

TÀI LIỆU THAM KHẢO 28

*CÁC BẢN VẼ TRONG ĐỒ ÁN (phải có khung tên)

- Sơ đồ mặt bằng (A3)

- Biểu đồ phụ tải (A3)

- Sơ đồ nguyên lý của phương án cung cấp điện(A3)

- Phương án đi dây của phương án cung cấp điện(A3)

- Tổng thể phương án cung cấp điện(A3)

- Sơ đồ bố trí cọc nối đất(A4)

- Bản vẽ chống sét(A4)

- Bản vẽ sơ đồ nối tụ trong mạng(A4)

CHƯƠNG 1 XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI ĐIỆN

1.1.Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng 1 (chữ cái Đ)

Tra bảng 3.2/30 – [HTCCĐ] với n hq =8, K sử dụng trungbình =0,55

Q ttDL = P ttDL x tan φtb

1.2 Xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng

Tương tự như phân xưởng N, ta có bảng số liệu các phân xưởng như sau:

* Qttxn = Kdt x ∑

1

11

Qttpx x =0,8 x (29,8+49,19+35,95+40,68+41,8+30,7+36,45+41,84+27,19+33,94+32,22)=319,8 (Kvar)

* Sttxn = √Pttxn2+Qttxn2 = 512,15 (KVA)

* Cosφxn = Pttxn Sttxn = 0,78

1.4 Xây dựng biểu đồ phụ tải cho xí nghiệp

1.4.1 Xác định bán kính của biểu đồ phụ tải

CHƯƠNG 2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CUNG CẤP ĐIỆN 2.1 Xác định vị trí trạm biến áp của toàn xí nghiệp

Tâm phụ tải, vị trí đặt trạm biến áp

=> Vậy tọa độ đặt trạm biến áp là (54,87; 99,63)

2.2 Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện của 2 phương án

2.1.1 Sơ đồ nguyên lý (SĐNL-Single Line Diagram)

2.1.2 Phương án đi dây (vẽ đi dây cấp điện từ TBA đến phân xưởng trên sơ đồmặt bằng)

a) Phương án đi dây hình tia:

Trong sơ đồ hình tia, các tủ phân phối phụ được cung cấp điện từ tủ phân phối chính bằng các tuyến dây riêng biệt Các phụ tải trong phân xưởng cung cấp điện từ tủ phân phối phụ qua các tuyến dây riêng biệt Sơ đồ nối dây hình tia có một số ưu điểm và nhược điểm sau:

- Độ tin cậy cung cấp điện cao, sụt áp thấp

- Đơn giản trong vận hành, lắp đặt và bảo trì

Nhược điểm:

- Vốn đầu tư cao

- Sơ đồ trở nên phức tạp khi có nhiều phụ tải trong nhóm

- Khi sự cố xảy ra trên đường cấp điện từ tủ phân phối chính đến các tủ phân phối phụ thìmột số lượng lớn phụ tải bị mất điện

- Phạm vi ứng dụng: mạng hình tia thường áp dụng cho phụ tải tập trung (thường là các

xí nghiệp, các phụ tải quan trọng: loại 1 hoặc loại 2)

b) Phương án đi dây phân nhánh:

Trong sơ đồ đi dây theo kiểu phân nhánh ta có thể cung cấp điện cho nhiều phụ tải hoặc các tủ phân phối phụ

Sơ đồ phân nhánh có một số ưu nhược điểm sau:

- Phức tạp trong vận hành và sửa chữa

- Các thiết bị ở cuối đường dây sẽ có độ sụt áp lớn khi một trong các thiết bị điện - trên cùng tuyến dây khởi động

- Độ tin cậy cung cấp điện thấp Phạm vi ứng dụng: sơ đồ phân nhánh được sử dụng để cung cấp điện cho các phụ tải công suất nhỏ, phân bố phân tán, các phụ tải loại 2 hoặc loại 3

c) Sơ đồ mạng hình tia phân nhánh:

Thông thường mạng hình tia kết hợp phân nhánh thường được phổ biến nhất ở các nước, trong đó kích cỡ dây dẫn giảm dần tại mọi điểm phân nhánh, dây dẫn thường được kéo trong ống hay các mương lắp ghép

• Ưu điểm: Chỉ một nhánh cô lập trong trường hợp có sự cố (bằng cầu chì hay aptomat) việc xác định sự cố cũng đơn giản hoá bảo trì hay mở rộng hệ thống điện, cho phép phần còn lại hoạt động bình thường, kích thước dây dẫn có thể chọn phù hợp với mức dòng giảm dần cho tới cuối mạch

• Nhược điểm: Sự cố xảy ra ở một trong các đường cáp từ tủ điện chính sẽ cắt tất cả các mạch và tải phía sau

2.3 Lựa chọn máy biến áp

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của máy biến áp

MÁY BIẾN ÁP 3 PHA – 2 CẤP ĐIỆN

Dung lượng (KVA) 560 kVA

2.4 Lựa chọn dây dẫn từ điểm đấu điện về trạm biến áp

* Lựa chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện phát nóng

Ilvmax = Smax

√3× U=

560

√3× 22 = 14,7 A Tiết diện dây dẫn phải thỏa mãn điều kiện sau: k.Icp≥ Ilvmax

Tra bảng hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ của môi trường xung quanh đối với phụ tải của cáp, dây dẫn cách điện và không cách điện, ta có:

Nhiệt độ của môi trường xung quanh là 30°C thì k = 0,88

Suy ra Icp = Ilvmax

k = 14,70,88 = 16,6 A Vậy ta chọn cáp điện ruột đồng không có cách điện (nhiệt độ lớn nhất cho phép là

70°C), có mã hiệu dây M-70, chịu được dòng điện phụ tải 70 A đặt ngoài trời, khoảng cách trung bình hình học giữa các dây là 600mm, điện trở của dây là 0,28 Ω/km, điện kháng của dây là 0,309 Ω/km.

CHƯƠNG 3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CUNG CẤP ĐIỆN 3.1 Xác định tổn hao điện áp trên đường dây trung áp

Khoảng cách từ điểm đấu điện đến trạm biến áp là 459m

Với các thông số của trên ta có các phép toán sau:

Vậy tổn hao điện áp trên đường dây trung áp là 0,19 %

3.2 Xác định tổn hao công suất, tổn hao điện năng trên đường dây và trong

máy biến áp.

3.2.1 Xác định tổn hao công suát trên đường dây

Tổn hao công xuất tác dụng:

∆S = √∆P 2 +∆Q 2 = √69,65 2 +76,86 2 = 103,72 VA

3.2.2 Xác định tổn hao điện năng trên đường dây

Xác định thời gian chịu tổn thất lớn nhất:

τ = (0,124+ T max×10-4 ) 2× 8760 = (0,124.4380 10-4 ) 2× 8760 =2766,79 giờ

Tổn thất điện năng trên đường dây:

∆A = ∆P× τ=0,06965×2766,79 = 190,9 KWh

3.2.3 Xác định tổn hao công suất trong máy biến áp

Tổn hao công suất tác dụng:

3.2.4 Xác định tổn hao điện năng trong máy biến áp

Vì có 1 máy biến áp làm việc song song nên ta có công thức

3.3 Lựa chọn dây dẫn, xác định tổn hao điện áp trên đường dây phía hạ áp

▲ Đoạn từ trạm biến áp đến phân xưởng H, M, Đ

Ta có sơ đồ:

Vậy dây A-185 là hợp lý

▲ Đoạn từ trạm biến áp đến phân xưởng E, Ô, G

Ta có sơ đồ:

Vậy dây A-95 là hợp lý

▲ Đoạn từ trạm biến áp đến phân xưởng C, I, Ư

Ta có sơ đồ:

Vậy dây A-70 là hợp lý

▲ Đoạn từ trạm biến áp đến phân xưởng O, N

Vậy dây A-70 là hợp lý

3.4 Xác định tổn hao công suất trên đường dây hạ áp

 Tổn hao công suất trên đường dây hạ áp từ trạm biến áp về phân xưởng H, M, Đ:

- Tổn hao công suất tác dụng:

 Tính toán ngắn mạch phía trung áp

Do điểm ngắn mạch ở phía xa nguồn, công suất của hệ thống so với lưới điện quốc gia làrất nhỏ nên toàn bộ hệ thống phía trước được thay thế bằng 1 điện kháng, giá trị điệnkháng được tính thông qua công suất của của máy cắt phía đầu nguồn

3.5.2 Lựa chọn và kiểm tra thiết bị phía trung áp

 Điều kiện lựa chọn và kiểm tra CCTR:

Bảng 3.2 Điều kiện lựa chọn và kiểm tra CCTR

3 Công suất cắt định mức Sđm cắt CC; MVA Sđm cắt CC ≥SN

Xét các thông số của mạch trung áp như sau:

3.5.3 Lựa chọn và kiểm tra thiết bị phía hạ áp

Aptomat được lựa chọn theo 3 điều kiện:

Cao (mm)

Sâu (mm) C1001H 400 -

Lựa chọn aptomat phía sau thanh cái:

Sử dụng các phép toán tương tự, ta có các thông số như sau:

STT Phânxưởng Itt (A)

Do UđmA ≥ Uđm mạng, IđmA ≥ Itt, IcđmA ≥ IN suy ra chọn aptomat kiểu hộp dãy E, dòng từ

15 đến 600A do Merlin Gerin chế tạo với các thông số kỹ thuật như sau:

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT – CHỐNG SÉT VÀ NÂNG CAO HỆ

SỐ CÔNG SUẤT COS  4.1 Tính toán nối đất trung tính

Chọn Rđ≤ 4Ω

Xác định điện trở nối đất của 1 cọc

Dùng n = 10 thép góc L 60x60x6 dài 2,5 m, chôn sâu 0,8 m Các cọc chôn thành mạch vòng, mỗi cọc cách nhau 5 m suy ra l = 50 m

4.3 Tính toán chống sét

4.3.1 Chống sét trực tiếp

Hình 4.1.Cột thu sét1-Kim thu lôi 2-Cột đỡ bằng bê tông

3-Dây đẫn sét 4-Thiêt bị nối đất

Hình 4.2 Phạm vi bảo vệ cột thu lôiTheo hình 4.2 trị số bảo vệ được xác định theo công thức

Ta chọn cột thu lôi có chiều cao h = 15 m, trang thiết bị bảo vệ có hx = 8 m

Rx=1,6 × ha×P

1+hx h

=1,6 × 7×1

1+ 8 15

*Khoảng cách giữ các cột thu lôi a = 8 m

*Bề ngang hẹp nhất của phạm vi bảo vệ ở độ cao hx:

vi lít thỏa mãn được hai yêu cầu trái ngược nhau: cần có điện trở lớn để hạn chếdòng ngắn mạch và lại cần có điện trở nhỏ để hạn chế điện áp dư, vì điện áp dưlớn khó bảo vệ được cách điện

Hình 4.3 Chống sét van

Điều kiện chọn van chống sét : U đm CSV ≥ U đmmạng điện

Trạm biến áp phân phối được cấp điện bằng đường dây trên không ĐKĐ-22kV chọn dung chống sét van do Siemens chế tạo có các thông số

Vật liệu vỏ

3EA1 Cacbua silic

SiC

4.4 Nâng cao hệ số công suất cos φ

4.4.1 Phương pháp nâng cao hệ số công suất cos φ

Yêu cầu lựa chọn bộ tụ bù để nâng cao cosφ của xí nghiệp lên 0,95 Công suất tính toán của phân xưởng là 400,04 + j319,8 Xét khả năng giảm cỡ công suất máy biến áp khi đặt bộ tụ bù.

Hệ số công suất xưởng trước khi đặt bù :

√319,8 2 +400,04 2 =0,78

Công suất bộ tụ cần đặt để nâng hệ số công suất từ 0,78 lên 0,95 là:

Qbù = Ptt× (tan φ1 – tan φ2)× α = 400,04× (0,8-0,33)×1= 252,3

Trong đó: Ptt: Phụ tải tính toán tác dụng (KW)

φ1: góc trước khi bù, có cosφ1= 0,78

φ2: góc sau khi bù, có cosφ2= 0,95 α: hệ số tính đến nâng cao cosφ tự nhiên, lấy α = 1 Tra bảng 6.5 –[3] ta chọn 6 bộ tụ ,công suất mỗi bộ 50 kVAr , đấu song song do DAE YEONG chế tạo có thông số như sau:

Bảng 4.2 Thông số tụ

Loại tụ Qb (kVAR) Uđm (kV) C (μf ¿ Iđm (A) Số pha

Bộ tụ được bảo vệ bằng Aptomat , trong tủ bù có đặt bóng đèn làm điện trở phóng điện.

Ta bù cho xí nghiệp 50 kVAr , điện trở phóng điện cần có trị số:

Chọn vị trí đặt thiết bị bù tại thanh cái

Sử dụng bù tập trung ở hai thanh cái phía cao và hạ áp

Phân phối dung lượng bù tại hai thanh cái hạ áp:

Dung lượng công suất phản kháng tổng cần bù: Qbù = 252,3 kVAR

KẾT LUẬN

Sau một thời gian nghiên cứu và thực hiện đồ án, em đã hoàn thành đúng tiến độ cho phép, hoàn thiện các sơ đồ và bản vẽ theo yêu cầu Với nhiều khó khăn ban đầu khi mới bắt tay vào hoàn thiện đồ án với kiến thức

ít ỏi của mình và kinh nghiệm thực tế không có nhiều nên việc hoàn thiện

đồ án gặp không ít khó khăn.

Với nỗ lực của bản thân và đặc biệt là với sự hướng dẫn của, em đã hoàn thành đồ án đúng thời gian Trong quá trình thực hiện, đồ án của em khó tránh khỏi sai sót, khuyết điểm, vậy nên em rất mong cô góp ý và chỉnh sửa để em có thể làm tốt hơn các đồ án khác trong thời gian sắp tới.

Em xin chân thành cảm ơn!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Xuân Phú, Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Bội Khuê Cung cấp điện.

Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

[2] Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Mạnh Hoạch Hệ thống cung cấp điện của xí

nghiệp công nghiệp đô thị và nhà cao tầng Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật,

Hà Nội.

[3] Ngô Hồng Quang Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến 500kV.

Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

[4] Vũ Văn Tẩm, Ngô Hồng Quang Giáo trình thiết kế cấp điện Nhà xuất bản

Giáo dục Việt Nam, Hà Nội.