Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy sản xuất máy kéo

Những đặc biệt điểm này rất quantrọng khi phân nhóm phụ tải, xác định PTTT và lựa chọn phơng án thiết kếcung cấp điện cho phân xởng.Căn cứ vào vị trí, công suất của các thiết bị bố trí t

III Nội dung thiết kế:

1 Xác định phụ tải tính toán

2 Thiết kế mạng cao áp nhà máy

Mặt bằng nhà máy sản xuất máy kéo (đề 21)

6 Phân xởng sửa chữa cơ khí Theo tính toán

Danh s¸ch thiÕt bÞ cña ph©n xëng söa ch÷a c¬ khÝ (B¶n vÏ sè 1)

T

T Tªn thiÕt bÞ Sè l- îng Nh·n hiÖu C«ng suÊt (kW) Ghi chó

Bé phËn dông cô

-Chơng I: Xác định phụ tải tính toán các phân xởng

có chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại Những đặc biệt điểm này rất quantrọng khi phân nhóm phụ tải, xác định PTTT và lựa chọn phơng án thiết kếcung cấp điện cho phân xởng

Căn cứ vào vị trí, công suất của các thiết bị bố trí trên mặt bằng phânxởng có thể chia các thiết bị trong phân xởng sửa chữa cơ khí thành 6 nhóm

Nhốm III

I.2 Giới thiệu các phơng pháp tính phụ tải tính toán:

a Khái niệm về phụ tải tính toán:

Phụ tải tính toán là phụ tải không có thực, nó cần thiết cho việc chọncác trang thiết bị CCĐ trong mọi trạng thái vận hành của hệ thống CCĐ.Trog thực tế vận hành ở chế độ dài hạn ngời ta muốn rằng phụ tải thực tếkhông gây ra những phát nóng các trang thiết bị CCĐ (dây dẫn, máy biến

áp, thiết bị đóng cắt v.v ), ngoài ra ở các chế độ ngắn hạn thì nó không đợcgây tác động cho các thiết bị bảo vệ (thí dụ ở các chế độ khởi động của cácphụ tải thì cầu chì hoặc các thiết bị bảo vệ khác không đợc cắt) Nh vậy phụtải tính toán thực chất là phụ tải giả thiết tơng đơng với phụ tải thực tế vềmột vài phơng diện nào đó Trong thực tế thiết kế ngời ta thờng quan tâm

đến hai yếu tố tính toán cần phải đợc xác định: Phụ tải tính toán theo điềukiện phát nóng và phụ tải tính toán theo điều kiện tổn thất.

Phụ tải tính toán theo điều kiện phát nóng: Là phụ tải giả thiết lâudài, không đổi tơng đơng với phụ tải thực tế, biến thiên về hiệu quả nhiệtlớn nhất

Phụ tải tính toán theo điều kiện tổn thất: (thờng gọi là phụ tải đỉnhnhọn) Là phụ tải cực đại ngắn hạn xuất hiện trong 1 thời gian ngắn từ 1 đến

2 giây, chúng cha gây ra phát nóng cho các trang thiết bị nhng lại gây racác tổn thất và có thể là nhẩy các bảo vệ hoặc làm đứt cầu chì Trong thực

tế phụ tải đỉnh nhọn thờng xuất hiện khi khởi động các động cơ hoặc khi

đóng cắt các thiết bị cơ điện khác

b Các phơng pháp xác định phụ tải tính toán

1 Phơng pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

Pđi, Pđmi: công suất đặt và công suất định mức của thiết bị thứ i (kW)

Ptt, Qtt, Stt: công suất tác dụng, phản kháng và toàn phần tính toán củanhóm thiết bị (kW, kVAr, kVA)

n: Số thiết bị trong nhóm

knc: Hệ số nhu cầu của nhóm hộ tiêu thụ đặc trng tra trong các tài liệutra cứu

Phơng pháp tính phụ tải tính toán theo hệ số nhu cầu có u điểm là

đơn giản, thuận tiện Nhợc điểm chủ yếu của phơng pháp này là kém chínhxác Bởi vì hệ số nhu cầu knc tra đợc trong sổ tay là một số liệu cố định chotrớc, không phụ thuộc vào chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm này

2 Phơng pháp xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên 1 đơn

vị diện tích sản xuất

Công thức tính: Ptt = Po F

Trong đó:

P0: Suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất (W/m2)

F: Diện tích sản xuất (m2)

Giá trị P0 tra đợc trong các sổ tay

Phơng pháp này chỉ cho kết quả gần đúng khi có phụ tải phân bố

đồng đều trên diện tích sản xuất, nên nó thờng đợc dùng trong giai đoạnthiết kế sơ bộ, thiết kế chiếu sáng

3 Phơng pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình

và hệ số cực đại (còn gọi là phơng pháp số thiết bị hiệu quả N hq ):

Công thức tính:

Ptt = kmax.Ptb = kmax ksd Pđm (2-6)Trong đó:

Ptb: Công suất trung bình của phụ tải trong cả mạng tải lớn nhất

Pđm: Công suất định mức của phụ tải

ksd: Hệ số sử dụng công suất của phụ tải

kmax: Hệ số cực đại công suất tác dụng với khoảng thời gian trungbình hóa T = 30 phút

Phơng pháp này thờng đợc dùng để tính toán phụ tải tính toán chomột nhóm thiết bị, cho các tủ động lực cho toàn bộ phân xởng Nó cho mộtkết quả khá chính xác nhng lại đòi hỏi một lợng thông tin khá đầy đủ về cácloại phụ tải nh: chế độ làm việc của từng phụ tải tính toán cho một nhómthiết bị, cho các tủ động lực cho toàn bộ phân xởng Nó cho một kết quảkhá chính xác nhng lại đòi hỏi một lợng thông tin khá đầy đủ về các loạiphụ tải nh: chế độ làm việc của từng phụ tải, công suất đặt của từng phụ tải,

số lợng thiết bị trong nhóm

4 Phơng pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình

và độ lệch của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình

tb: Độ lệch của đồ thị nhóm phụ tải

Phơng pháp này thờng đợc dùng để tính toán phụ tải cho các thiết bịcủa phân xởng hoặc của toàn bộ nhà máy Tuy nhiên phơng pháp này ít đợc

dùng trong tính toán thiết kế mới vì nó đòi hỏi khá nhiều thông tin về phụtải mà chỉ phù hợp với hệ thống đang vận hành.

5 Phơng pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình

khd, khdq: Hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải tra trong sổ tay

Ptb, Qtb: phụ tải tác dụng và phản kháng trung bình trong cả mạng tảilớn nhất

Phơng này có thể áp dụng để tính phụ tải tính toán ở thanh cái phânphối phân xởng hoặc thanh cái áp của trạm biên áp phân xởng Phơng phápnày ít đợc dùng trong tính toán thiết kế mới vì nó yêu cầu có đồ thị củanhóm phụ tải

6 Phơng pháp xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị sản phẩm.

a0 - suất chi phí điện cho một đơn vị sản phẩm (kWh/1đv)

M - tổng sản phẩm sản xuất ra trong khoảng thời gian khảo sát (1 ca,

1 năm)

Ptb - phụ tải trung bình của nhà máy

kmax - hệ số cực đại công suất tác dụng

Phơng pháp này thờng chỉ đợc sử dụng để ớc tính, sơ bộ xác định phụtải trong công tác quy hoạch hoặc dùng để quy hoạch nguồn cho xí nghiệp

7 Phơng pháp tính của đồ án

Trong đồ án này các phân xởng cho công suất Pđ và diện tích nên đểxác định phụ tải động lực ta áp dụng phơng pháp tính theo hệ số nhu cầu vàcông suất đặt, với phân xởng sửa chữa cơ khí, ta biết vị trí công suất đặt vàchế độ làm việc của từng thiết bị trong phân xởng lên khi tính toán phụ tải

động lực của phân xởng có thể sử dụng phơng pháp xác định phụ tải tínhtoán theo công suất trung bình và hệ số cực đại Phụ tải chiếu sáng của các

phân xởng đợc xác định theo phơng pháp suất chiếu sáng trên một đơn vịdiện tích sản xuất.

I.3 Xác định phụ tải tính toán cho các nhóm thiết bị của phân ởng sửa chữa cơ khí

x-1 Giới thiệu phơng pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số cực đại

Với phân xởng sửa chữa cơ khí đề thiết kế đã cho các thông tin kháchi tiết về phụ tải vì vậy để có kết quả chính xác ta chọn phơng pháp tínhtoán là tính phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số cực đại, dới

đây là nội dung cơ bản của phơng pháp:

N: số thiết bị điện trong nhóm

Pđmi: công suất thiết bị thứ i trong nhóm

kmax: hệ số cực đại đợc tra trong sổ tay theo quan hệ:

kmax = f(Nhq; ksd)Với Nhq: số thiết bị sử dụng điện có hiệu quả là số thiết bị giả thiết cócùng công suất và chế độ làm việc, chúng đòi hỏi phụ tải bằng phụ tải tínhtoán của nhóm phụ tải thực tế (gồm các thiết bị có chế độ làm việc và côngsuất khác nhau)

Pdmmax: công suất định mức của thiết bị lớn nhất trong nhóm

Pđmmin: công suất định mức của thiết bị nhỏ nhất trong nhóm

ksd: hệ số sử dụng công suất trung bình của nhóm máy

Pđmi - công suất định mức của phụ tải thứ i trong nhóm máy

ksdi - hệ số sử dụng công suất tác dụng của phụ tải thứ i trong nhóm

Khi m > 3 và ksd < 0,2 thì số nhq đợc xác định theo trình tự sau:

+ Tính m1 - số thiết bị có công suất  0,5 Pđmmax

+ Tính P1 - tổng công suất của n1 thiết bị kể trên

+ Cần chú ý là nếu trong nhóm có thiết bị tiêu thụ điện làm việc ởchế độ ngắn hạn lặp lại thì phải qui về chế độ dài hạn trớc khi xác định nhq

theo công thức:

Pqd = Pdm √ kd%

kd% - hệ số đóng điện tơng đối phần trăm

Cũng cần đổi công suất về 3 pha đối với các thiết bị dùng điện 1pha

- Nếu thiết bị 1 pha đấu vào điện áp pha:

n- số hộ thực tế tiêu thụ trong nhóm

- Khi số hộ tiêu thụ (số tibi) trong nhóm > 3 nhng số thiết bị tiêu thụhiệu quả 4 thì có thể xác định phụ tải tính toán theo công thức:

Ptt = ∑k t

i P dm

kti - hệ số phụ tải Nếu không biết chính xác lấy nh sau:

kt = 0,9 với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn

kt = 0,75 với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại

2 Xác định phụ tải tính toán của các nhóm phụ tải

Công thức tính:

n∗¿n1

n ; P∗¿P1

S tt= P tt

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

n1 là số thiết bị có công suất lớn hơ hoặc bằng một nửacông suất lớn nhất nhóm

P: là tổng công suất của cả nhóm thiết bị

P1 là tổng công suất của số thiết bị có công suất lớn hơn hoặc bằngmột nửa công suất lớn nhất nhóm

Ptt; Qtt; Stt là phụ tải tính toán của nhóm

kmax; ksd; cos tra bảng dựa vào n* và P*

Pđm (kW)

Iđm(A)

1 máy Toàn bộ

Tổng công suất của 12 thiết bị là: P = 61.8 (kW)

Số thiết bị có công suất lớn hơn hoặc bằng một nửa công suất lớnnhất nhóm: n1 = 5

Tổng công suất của 5 thiết bị đó là: P1 = 7+7+7+10+5.8 = 36.8 (kW)

Ta có:

Vậy số thiết bị sử dụng hiệu quả là: nhq = nhq*.n = 0,92.12 = 11.04

Tra bảng PL 1.6 với ksd = 0.15 và nhq = 11 ta tìm đợc kmax = 2.1

Vì nhq > 4 nên phụ tải tính toán của nhóm I là:

Số liệu tính toán phụ tải của nhóm II cho trong bảng 2.3:

Bảng 2.3: Danh sách thiết bị thuộc nhóm II:

l-ợng

Ký hiệutrên mặtbằng

Số thiết bị có công suất lớn hơn hoặc bằng một nửa công suất lớnnhất nhóm: n1 = 5

Tổng công suất của 5 thiết bị đó là:

Vậy số thiết bị sử dụng hiệu quả là: nhq = nhq*.n = 0,7.8 = 5.6

Tra bảng PL 1.6 với ksd = 0.15 và nhq = 5.6 ta tìm đợc kmax = 2.66

Vì nhq > 4 nên phụ tải tính toán của nhóm II là:

c Tính toán cho nhóm III

Số liệu tính toán phụ tải của nhóm III cho trong bảng 2.4:

Bảng 2.4: Danh sách thiết bị thuộc nhóm III

l-ợng

Ký hiệutrên mặtbằng

Pđm (kW)

Iđm(A)

1 máy Toàn bộ

Tra bảng PL1.1 với nhóm III ta tìm đợc ksd = 0.15 và cos = 0.6

 tg = 1.33

Từ bảng 2.4 trên ta xác định đợc:

Tổng số thiết bị trong nhóm: n = 17

Tổng công suất của 17 thiết bị là: P = 104.95 (kW)

Số thiết bị có công suất lớn hơn hoặc bằng một nửa công suất lớnnhất nhóm: n1 = 9

Tổng công suất của 9 thiết bị đó là:

Vậy số thiết bị sử dụng hiệu quả là: nhq = nhq*.n = 0,7.17 = 11.9

Tra bảng PL 1.6 với ksd = 0.15 và nhq = 11.9 ta tìm đợc kmax = 1.96

Vì nhq > 4 nên phụ tải tính toán của nhóm III là:

Số liệu tính toán phụ tải của nhóm IV cho trong bảng 2.5:

Bảng 2.5: Danh sách thiết bị thuộc nhóm IV

l-ợng

Ký hiệutrên mặtbằng

Tổng công suất của 19 thiết bị là: P = 111.62 (kW)

Số thiết bị có công suất lớn hơn hoặc bằng một nửa công suất lớnnhất nhóm: n1 = 11

Tổng công suất của 5 thiết bị đó là:

Vậy số thiết bị sử dụng hiệu quả là: nhq = nhq*.n = 0,88.19 = 16.72

Tra bảng PL 1.6 với ksd = 0.15 và nhq = 16.72 ta tìm đợc kmax = 1.74Vì nhq > 4 nên phụ tải tính toán của nhóm IV là:

x-TT Tªn thiÕt bÞ Sè

l-îng

Ký hiÖu

P ®m (kW)

I ®m (A) k sd cos/tgtg n hq k max

Phô t¶i tÝnh to¸n

kđt: hệ số đồng thời của toàn phân xởng

II Xác định phụ tải tính toán cho các phân xởng còn lại

Do chỉ biết công suất đặt và diện tích của các phân xởng nên ở đây ta

sử dụng phơng pháp xác định PTTT theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

II.1 Phơng pháp xác định PTTT theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

Theo phơng pháp này PTTT của phân xởng đợc xác định theo cácbiểu thức:

Pdi, Pdmi: công suất đặt và công suất định mức của thiết bị thứ i

Ptt, Qtt, Stt: công suất tác dụng, phản kháng và toàn phần tính toán củanhóm thiết bị

n: số thiết bị trong nhóm

kbc: hệ số nhu cầu tra trong sổ tay kỹ thuật

Nếu hệ số công suất cos của các thiết bị trong nhóm sai khác nhaukhông nhiều thì cho phép sử dụng hệ số công suất trung bình để tính toán:

sử dụng đèn huỳnh quang có coscs = 0.85  tg = 0.62

Tra bảng PL1.3 với phân xởng cơ khí số 1 ta có:

knc = 0.3cos = 0.6  tg = 1.33Tra bảng PL1.2 ta có công suất chiếu sáng p0=15 (kW/m2) ở đây ta

sử dụng đèn sợi đốt có coscs = 1  tg = 0

sử dụng đèn sợi đốt có coscs = 1  tg = 0

- Công suất tính toán tác dụng của phân xởng cơ khí số 2:

sử dụng đèn sợi đốt có coscs = 1  tg = 0

knc = 0.6cos = 0.9  tg = 0.48Tra bảng PL1.2 ta có công suất chiếu sáng p0=15 (kW/m2) ở đây ta

sử dụng đèn sợi đốt có coscs = 1  tg = 0

sử dụng đèn sợi đốt có coscs = 1  tg = 0

sử dụng đèn sợi đốt có coscs = 1  tg = 0

cos = 0.6  tg = 1.33Tra bảng PL1.2 ta có công suất chiếu sáng p0=15 (kW/m2) ở đây ta

sử dụng đèn sợi đốt có coscs = 1  tg = 0

sử dụng đèn sợi đốt có coscs = 1  tg = 0

- Công suất tính toán phản kháng của bộ phận nén khí:

sử dụng đèn sợi đốt có coscs = 1  tg = 0

1623.9 8 Phân xởng sửa

3 Phân xởng

Bộ phận nén

1295.4 9

2 4985.03

8552.0 6 III Xác định phụ tải tính toán của toàn nhà máy

Phụ tải tính toán tác dụng của toàn nhà máy:

Pttnm: Công suất tính toán tác dụng của toàn nhà máy (kW)

Qttnm: Công suất tính toán phản kháng của toàn nhà máy (kVAr)

Ptti: Công suất tính toán tác dụng của phân xởng thứ i (kW)

Qtti: Công suất tính toán phản kháng của phân xởng thứ i (kVAr)

IV Xác định biểu đồ phụ tải

Biểu đồ phụ tải điện là 1 vòng tròn vẽ trên mặt phẳng có tâm trùngvới tâm của phụ tải điện, có diện tích tơng ứng với công suất của phụ tảitheo một tỷ lệ xích nào đó tùy chọn Biểu đồ phụ tải đợc chia làm 2 phần:phần phụ tải tađộng lực (phần hình quạt chéo) và phần phụ tải chiếu sáng(phần hình quạt để trắng)

Để vẽ đợc biểu đồ phụ tải cho các phân xởng ta coi phụ tải của phânxởng phân bố đều theo diện tích của phân xởng nên tâm phụ tải điện có thểlấy trùng với tâm hình học của phân xởng trên mặt bằng

Bán kính vòng tròn biểu đồ phụ tải thứ i đợc xác định theo biểu thức:

Ri = √ S i

m π

Trong đó: m- tỉ lệ xích, ở đây chọn m = 10kVA/mm2

Góc của phụ tải chiếu sáng nằm trong biểu đồ đợc xác định theocông thức:

Ban quản lý và phòng thiết kế 34.13 98.13 120.05 1.96 125.21Phân xởng cơ khí số 1 54.38 504.38 782.69 4.99 38.81Phân xởng cơ khí số 2 61.13 601.13 936.57 5.46 36.61Phân xởng luyện kim màu 58.13 1318.1

3 1450.26 6.80 15.88Phân xởng luyện kim đen 102.75 1482.7

5 1623.98 7.19 24.95Phân xởng sửa chữa cơ khí 18 91.53 133.94 2.06 70.6

Phân xởng rèn 62.34 737.34 1161.73 6.08 30.44Phân xởng nhiệt luyện 77.63 797.63 963.23 5.54 35.04

Bộ phận nén khí 25.5 1045.5 1295.49 6.42 8 78

Biểu đồ phụ tải nhà máy sản xuất máy kéo:

Hình

Chơng II Thiết kế mạng điện cao áp của nhà máy

II.1 Đặt vấn đề

Việc lựa chọn sơ đồ cung cấp ảnh hởng lớn đến chỉ tiêu kinh tế và kỹthuật của hệ thống Một sơ đồ cung cấp điện đợc coi là hợp lý phải thỏamãn những yêu cầu cơ bản sau:

1 Đảm bảo những chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

2 Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

3 Thuận tiện và linh họat trog vận hành

4 An toàn cho ngời và thiết bị

5 Dễ dàng phát triển đáp ứng các yêu cầu tăng trởng của phụ tải điện

6 Đảm bảo các chỉ tiêu về mặt kinh tế

Trình tự thiết kế mạng điện cao áp cho nhà máy bao gồm các bớcsau:

1 Vạch các phơng án cung cấp điện

2 Lựa chọn vị trí, số lợng, dung lợng của các trạm biến áp và lựachọn chủng loại, tiết diện các đờng dây cho các phơng án

3 Tính toán kinh tế kỹ thuật để lựa chọn phơng án hợp lý

II.2 Vạch các phơng án cung cấp điện

II.2.1 Lựa chọn cấp điện áp:

Để thiết kế mạng điện cao áp của nhà máy cần phải lựa chọn cấp

điện áp hợp lý cho đờng dây tải điện từ hệ thống về nhà máy Dựa vào biểuthức kinh nghiệm Still để lựa chọn cấp điện áp truyền tải:

U = 4,34 √ l+0,016 P (kV)Trong đó:

U: Điện áp truyền tải (kV)

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

l: Khoảng cách từ trạm biến áp trung gianv ề nhà máy (km)

Nh vậy, cấp điện áp hợp lý để truyền tải điện năng về nhà máy là:

U = 4,34 √ 9+0,016.5403.62 = 42.41 (kV)Theo đề bài trạm biến áp trung gian cấp điện cho nhà máy sản xuấtmáy kéo có các cấp điện áp ra là: 35,22 và 10 (kV) Từ kết quả tính toán tachọn cấp điện áp cung cấp cho nhà máy là 35 (kV)

Căn cứ vào vị trí, công suất và yêu cầu cung cấp điện của các phân ởng có thể đa ra các phơng án cung cấp điện nh sau: