đồ án môn hệ thống cung cấp điện

- Các thiết bị trong phân xưởng SCCK đều có ksd =0,15 và cosφ = 0,6 - Nguồn cung cấp nhà máy được lấy từ trạm biến áp trung gian quốc gia có công suất vô cùng lớn - Dung lượng ngắn mạch

Đồ án môn hệ thống

cung cấp điện

Mục lục

Chương 1: Giới thiệu chung……… …… 3

1.1 Giới thiệu chung về nhà máy……… ………3

1.2 Nội dung thiết kế tính toán……… 6

Chương 2: Xác định phụ tải tính toán các phân xưởng và toàn nhà máy… 7

2.1 Đặt vấn đề ……… 7

2.2 Xác định PTTT của phân xưởng sửa chữa cơ khí……….11

2.3 Xác định PTTT của các phân xưởng còn lại……….15

2.4 Xác định PTTT của toàn nhà máy……….22

2.5 Xác định tâm phụ tải và vẽ đồ thị phụ tải……… 23

Chương 3:Thiết kế mạng điện cao áp của nhà máy………26

3.1 Phương án về các trạm biến áp phân xưởng……….27

3.2 Xác định vị trí đặt các trạm biến áp phân xưởng……… 34

3.3 Phương án cung cấp điện cho các trạm biến áp phân xưởng…………35

3.4 Thiết kế chi tiết cho phương án được chọn……… 70

Chương 4: Thiết kế mạng điện hạ áp cho phân xưởng SCCK………80

4.1 Lựa chọn thiết bị cho tủ phân phối………80

4.2 Tính ngắn mạch phía hạ áp PX SCCK……….82

4.3 Lựa chọn thiết bị trong tủ động lực và dây dẫn……….86

Chương 5: Tính toán bù công suất phản kháng… 89

5.1 Đặt vấn đề……… 89

5.2 Chọn thiết bị bù……….90

Chương 6: Thiết kế hệ thống chiếu sáng chung cho PX SCCK …… 95

6.1 Đặt vấn đề……… 95

6.2 Lựa chọn số lượng và công suất hệ thống đèn chiếu sáng………… 95

6.3 Thiết kế mạng điện của hệ thống chiếu sáng………97

LỜI NÓI ĐẦU

Trong công cuộc xây dựng và đổi mới đất nước, điện lực luôn giữvai trò vô cùng quan trọng trong nền kinh tế quốc dân Ngày nay điện năngtrở thành năng lượng không thể thiếu được trong hầu hết các lĩnh vực kinhtế.Mỗi khi có một nhà máy mới ,một khu công nghiệp mới, một khu dân cưmới được xây dựng thì ở đó nhu cầu về hệ thống cung cấp điện nảy sinh Trong công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước,mà đi đầu

là công nghiệp ,nền công nghiệp nước ta đang có được nhữnh thành tựuđáng kể: các xí nghiệp công nghiệp ,các nhà máy với những dây truyền sảnxuất hiện đại đã và đang được đưa vào hoạt động Gắn liền với những côngtrình đó,để đảm bảo sự hoạt động liên tục ,tin cậy và an toàn thì cần phải cómột hệ thống cung cấp điện tốt

Đối với sinh viên khoa điện,những kỹ sư tương lai sẽ trực tiếp thamgia thiết kế các hệ thống cung cấp điện như vậy ,cho nên ngay từ khi còn làsinh viên thì việc được làm đồ án cung cấp điện là sự tập dượt ,vận dụngnhững lý thuyết đã học vào thiết kế hệ thống cung cấp điện như một cáchlàm quen với công việc mà sau này ra công tác sẽ phải thực hiện.Đồ áncung cấp điện là một bài tập thiết thực nó gần với những ứng dụng thực tếcuộc sống hàng ngày,tuy khối lượng tính toán là rất lớn song lại thu hútđược sự nhiệt tình ,say mê của sinh viên

Trong thời gian làm đồ án vừa qua,với sự say mê cố gắng, nỗ lựctrong công việc của bản thân cùng với sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình củacác thầy cô giáo trong bộ môn Hệ Thống Điện, đặc biệt là sự giúp đỡ tận

tình của thầy Đặng Quốc Thống, em đã hoàn thành đồ án môn học của

mình.Từ đồ án này mà em biết cách vận dụng lý thuyết vào trong tính toánthực tế và càng hiểu sâu lý thuyết hơn.Tuy đã cố gắng cho bài tập thực tếnày nhưng do kiến thức còn hạn chế, nên khó tránh khỏi có nhiều thiếu sót

Em mong nhận được sự nhận xét và chỉ bảo của các thầy cô giáo để em rútkinh nghiệm nhằm hoàn thiện hơn kiến thức của bản thân

Một lần nữa em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS TS Đặng Quốc Thống cùng các thầy cô trong bộ môn đã giúp đỡ em hoàn

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu chung về nhà máy

1.1.1 Vị trí địa lý và vai trò kinh tế

Nhà máy chế tạo vòng bi được xây dựng trên địa bàn tỉnh Hà Tâyvới quy mô lớn gồm: 10 phân xưởng, trong đó có các phòng thí nghiệm,phòng kiểm tra kỹ thuật, phòng thử nghiệm, nhà kho và văn phòng Do đặcđiểm công nghệ nên nhà máy được xây dựng cách xa khu vực đông dân cư

Công nghiệp cơ khí nói chung và nhà máy chế tạo vòng bi nói riêng

là một ngành sản xuất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân của nước ta,

có nhiệm vụ cung cấp sản phẩm cơ khí cho nền công nghiệp

Trong nhà máy chế tạo vòng bi có nhiều hệ thống máy móc khác nhaurất đa dạng, phong phú và phức tạp như các hệ thống rèn, hệ thống nén ép Các hệ thống máy móc này có tính công nghệ cao và hiện đại do vậy màviệc cung cấp điện cho nhà máy phải đảm bảo chất lượng và độ tin cậy cao

1.1.2 Đặc điểm và phân bố phụ tải

Thời gian sử dụng công suất cực đại của nhà máy là Tmax=5000h,các thiết

bị làm việc gần với công suất định mức Các thiết bị làm việc với điện áp 380V

Phân loại phụ tải nhà máy như sau:

- Nhà kho, phân xưởng cơ khí, phòng thiết kế, phòng thí nghiệm,

phòng thử nghiệm thuộc phụ tải loại 3

- Phân xưởng luyện thép và phân xưởng hóa chất thuộc phụ tải loại 1

- Các phân xưởng còn lại như trạm bơm,lò ga,… thuộc phụ tải loại 2 Quy mô các phân xưởng trong nhà máy như sau:

(m2

)

Công suất đặt(KW)

STT Tên máy Số lượng Loại máy Công suất

kW

Bộ phận dụng cụ

22 Máy khoan để bàn 1 HC-12A 0,65

Bộ phận sửa chữa cơ khí và điện

-Trong đó thì công suất nhỏ nhất là Pmin=0,6kW

và công suất lớn nhất là Pmax=10,0kW

1.1.3 Đặc điểm công nghệ

- Các thiết bị có công suất nhỏ nhưng số thiết bị trong phân xưởng lớn

- Các máy móc đều tận dụng ở mức độ cao, nhà máy tổ chức làm việc 3 ca

do đó đồ thị phụ tải tương đối bằng phẳng, hệ số đồng thời của các phụ tảikhá cao khoảng 0,85-0,9 và hệ số nhu cầu cũng khá cao

- Các thiết bị trong phân xưởng SCCK đều có ksd =0,15 và cosφ = 0,6

- Nguồn cung cấp nhà máy được lấy từ trạm biến áp trung gian quốc gia có công suất vô cùng lớn

- Dung lượng ngắn mạch về phía hạ áp của trạm biến áp khu vực 250MVA

- Đường dây nối từ TBA khu vực về nhà máy dùng loại AC hoặc cáp

XLPE

- Khoảng cách từ TBA khu vực đến nhà máy: 10 km

1.2 Nội dung thiết kế,tính toán

Giới thiệu chung về nhà máy

Xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng và toàn nhà máy

Thiết kế mạng điện cao áp cho toàn nhà máy

- Lựa chọn cấp điện áp truyền tải từ hệ thống điện về nhà máy

- Lựa chọn số lượng,dung lượng và vị trí đặt trạm biến áp trung gian (trạm biến áp chính) hoặc trạm phân phối trung tâm

- Lựa chọn số lượng,dung lượng và vị trí đặt các trạm biến áp phân xưởng

- Lập và lựa chọn sơ đồ cung cấp điện cho nhà máy

- Thiết kế chi tiết HTCCĐ theo sơ đồ đã lựa chọn

Thiết kế mạng điện hạ áp cho phân xưởng SCCK

Tính toán bù công suất phản kháng để nâng cao cosφ cho nhà máyThiết kế hệ thống chiếu sáng chung cho phân xưởng SCCK

CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA CÁC PHÂN XƯỞNG

VÀ TOÀN NHÀ MÁY

2.1 Đặt vấn đề

Phụ tải tính toán là đại lượng đầu vào quan trọng nhất của bài toánquy hoạch thiết kế cũng như vận hành hệ thống CCĐ Nếu xác định sai phụtải tính toán thì ý nghĩa của kết quả nhận được bị suy giảm đi rất nhiều

Khi phụ tải tính toán xác định được quá lớn so với phụ tải thực tế thì

hệ thống CCĐ được thiết kế sẽ quá dư thừa công suất gây ra lãng phí và ứđọng vốn đầu tư thậm chí còn làm gia tăng tổn thất Ngược lại nếu phụ tảitính toán xác định được quá nhỏ so với thực tế thì hệ thống CCĐ không đủCCĐ cho phụ tải, có thể gây sự cố

Đã có nhiều phương pháp xác định phụ tải tính toán tuy nhiên chưa

có 1 phương pháp nào được hoàn thiện Phương pháp đơn giản có khốilượng tính toán ít thường cho kết quả thiếu tin cậy còn những phương pháp

có kết quả đủ tin cậy thường đòi hỏi nhiều thông tin về phụ tải, khối lượngtính toán lớn, phương pháp tính toán phức tạp đôi khi không áp dụng đượctrong thực tế Chính vì vậy nhiệm vụ làm thiết kế là phải lựa chọn đượcphương pháp thích hợp tùy thuộc vào yêu cầu và điều kiện hoàn cảnh thicông

2.1.1 Phương pháp xác định phụ tải tính toán (PTTT) theo công suất

Phương pháp tính phụ tải tính toán theo hệ số nhu cầu có ưu điểm làđơn giản, thuận tiện Nhược điểm chủ yếu của phương pháp này là kémchính xác Bởi vì hệ số nhu cầu knc tra được trong sổ tay là một số liệu cốđịnh cho trước, không phụ thuộc vào chế độ vận hành và số thiết bị trongnhóm máy.

2.1.2 Phương pháp xác định PTTT theo hệ số hình dáng (k hd )và công

- khd: hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải (tra trong sổ tay kỹ thuật)

- Ptb: Công suất trung bình của thiết bị hoặc nhóm thiết bị

Ptb =

T

AT

2.1.3 Phương pháp xác định PTTT theo P tb và độ lệch đồ thị phụ tải

khỏi giá trị trung bình

Công thức tính:

Ptt=Ptb ± β.δTrong đó :

- Ptb: Công suất trung bình của thiết bị hoặc nhóm thiết bị

- δ là độ lệch của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình

- Pdđ là công suất danh định của thiết bị hoặc nhóm thiết bị

- ksd hệ số sử dụng của thiết bị hoặc nhóm thiết bị (tra trong sổ tay kỹ thuật)

- kmax là hệ số cực đại (tra trong sổ tay kỹ thuật)

kmax =f (nhq,ksd)

- nhq: là số thiết bị dùng điện hiệu quả hay là số thiết bị cùng công suất,cùng chế độ làm việc gây ra 1 hiệu quả phát nhiệt hoặc mức độ hủy

hoại cách điện của thiết bị đúng như số thiết bị thực tế đã gây ra trong suốt quá trình làm việc.

nhq=

2

1 2

Tuy nhiên việc áp dụng công thức này trong trường hợp nhiều thiết

bị là không thuận tiện do vậy trong trường hợp số thiết bị trong nhóm > 4 thì cho phép dùng các phương pháp gần đúng để xác định nhq với sai số ≤ 10%

1 Khi m=Pdđmax/Pdđmin ≤3 và ksd ≥ 0,4 thì nhq= n (thiết bị)

Trong đó Pdđmax,Pdđmin là công suất của thiết bị có công suất lớn nhất

và nhỏ nhất trong nhóm

Chú ý: Nếu trong n thiết bị có n1 thiết bị mà tổng công suất của n1 thiết

bị không lớn hơn 5% tổng công suất của cả nhóm

∑

∑n P ddi ≤ n P ddi

1 1

% 5

dđ

n

i ddi P

Trong đó : n là tổng số thiết bị trong nhóm

n2 là số thiết bị có công suất không nhỏ hơn 1 nửa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm

• Bước 2: Tính P=∑n P ddi

1 và P2=∑2

1

n ddi P

• Bước 3: Tính n* =

n

n2

• Bước 4: Tra bảng tìm nhq* = f(n*,p*)

=> nhq=nhq*.n

Trong các trường hợp nếu xảy ra :

- Với n ≤ 3 và nhq < 4 , PTTT được tính theo công thức:

đm đm

1

Trong đó : kpt là hệ số phụ tải của từng máy.Nếu không có số liệu chínhxác, hệ số phụ tải có thể lấy gần đúng như:

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

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

2.1.5 Phương pháp xác định PTTT theo suất chi phí điện năng trên 1

- M: Số đơn vị sản phẩm được sản xuất ra trong 1 năm

- ao: Suất chi phí điện năng cho 1 đơn vị sản phẩm (kWh/1đvsp)

- Tmax: Thời gian sử dụng công suất lớn nhất (giờ)

Phương pháp này hay được dùng cho các nhà máy xí nghiệp có chủng loại sản phẩm ít, sản xuất tương đối ổn định Như nhà máy dệt, nhà máy sợi, các trạm bơm nước, trạm khí nén, các hệ thống thông gió

2.1.6 Phương pháp xác định PTTT theo suất trang bị điện cho 1 đơn

vị diện tích

Công thức tính:

Ptt = Po.FTrong đó : po là suất trang bị điện cho 1 đơn vị diện tích [W/m2]

F là diện tích bố trí thiết bị [m2]

Phương pháp này được dùng để xác định phụ tải tính toán các nhàmáy, phân xưởng có phụ tải phân bố tương đối đều như nhà máy sợi, phânxưởng may…ngoài ra nó còn được dùng để xác định phụ tải tính toán chocác công trình công cộng như bệnh viện, trường học, công sở…và đặc biệtrất hay được để xác định phụ tải tính toán chiếu sáng.

2.1.7 Phương pháp trực tiếp

Là phương pháp sử dụng các số liệu điều tra trực tiếp tại hiện trường

để xác định phụ tải tính toán.Nó thường được áp dụng cho:

- Phụ tải nhỏ, đa dạng, không thể áp dụng 1 trong các phương pháp đãtrình bày mà phải dùng tổng hợp các phương pháp

- Phụ tải đơn điệu, giống nhau (ví dụ: phụ tải khu dân cư,đô thị)

2.2 Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng SCCK

2.2.1 Phân nhóm phụ tải và xác định phụ tải của các phân nhóm phụ

tải

Trong một phân xưởng thường có nhiều thiết bị có công suất và chế

độ làm việc rất khác nhau,muốn xác định phụ tải tính toán được chính xác

ta cần phải phân nhóm thiết bị điện.Việc phân nhóm thiết bị điện cần tuântheo các nguyên tắc sau:

- Các thiết bị trong cùng 1 nhóm thì đặt ở gần nhau để giảm tổng chiềudài đường dây hạ áp từ tủ động lực đến các thiết bị nhờ vậy sẽ giảmđược tổng vốn đầu tư và tổn thất trên các thiết bị này

- Các thiết bị trong cùng 1 nhóm nên có chế độ làm việc giống nhau để

dễ chọn phương thức cấp điện cho nó và xác định phụ tải tính toánchính xác hơn

- Tổng công suất của các nhóm nên xấp xỉ nhau để có thể chọn được ítchủng loại tủ trong nhà máy

Thường khó để thõa mãn cùng lúc 3 nguyên tắc trên do vậy khi thiết

kế người ta càn chọn cách phân nhóm sao cho hợp lý nhất

Dựa trên nguyên tắc trên và căn cứ vào vị trí địa lý,chia theo hình học vàtheo bộ phận sửa chữa nên ta được 4 nhóm như sau:

Phụ tải nhóm 1

ST

Sốlượng Loại máy

Pđm(kW)

Iđm(A)

1máy

Toànbộ

- Dòng điện định mức được xác định theo công thức :

Iđm =

ϕcos.U.3

Toànbộ

- Dòng điện định mức được xác định theo công thức :

Iđm =

ϕcos.U.3

Pdm

Ta có: n = 14,n1 = 8 do đó:

P=

14 ddi 1

P

P1=

8 ddi 1

Tra bảng 3.3 tài liệu 1 tìm nhq* = f(n*,P*)=f(0,57;0,75)= 0,845

Pdm

Ta có: n = 14,n2 = 4 do đó:

P=

14 ddi 1

P

P1=

4 ddi 1

Pđm(kW) I

đm(A)

1 máy Toàn bộ

- Dòng điện định mức được xác định theo công thức :

Iđm =

ϕcos.U.3

Pdm

Ta có: n = 17,n1 = 6 do đó:

P=

17 ddi 1

P

P1=

6 ddi 1

 nhq = nhq*.n = 17 0,775= 13,175; chọn nhq= 13 thiết bị

Tra bảng 3.2 tài liệu 1 ta có : với ksd=0,15 và nhq=13 tìm được

2.2.2 Tính toán phụ tải chiếu sáng phân xưởng SCCK

Phụ tải chiếu sáng của phân xưởng được xác định theo phương pháp suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích

2.2.3 Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng SCCK

Phụ tải tác dụng của phân xưởng:

Pđl=Kđt.∑4

1 ttNi

P =0,8.(27,72 + 22,467 + 18,316 + 23,589) = 73,674 kWPhụ tải phản kháng của phân xưởng:

Qđl=Kđt.∑4

1 ttNi

Q =0,8.( 36,868 + 29,881 + 24,36 + 31,373)= 97,986 kVArPhụ tải tác dụng của phân xưởng:

Ppx=Pđl+Pcs=73,674 +3,75=77,424 kWPhụ tải phản kháng của phân xưởng:

Qpx=Qđl+Qcs=97,986 kVArPhụ tải toàn phần của phân xưởng:

Spx= Ppx2 +Q2px = 77,4242 +97,9862 = 124,883 kVA

Ipx= Spx 124,8833U = 3.0,38=189,74 A

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

2.3.1 Phương pháp xác định PTTT theo công suất đặt và hệ số nhu

cầu

Ptt = knc.∑n Pdi

Tra bảng PL 1.3 ta được: knc=0,7;cosφ = 0,8

Tra bảng PL 1.7 ta tìm được suất chiếu sáng : p0=20 W/m2 ở đây ta sử dụng bóng đèn sợi đốt nên cosφcs=1,tgφcs=0

* Công suất tính toán động lực:

* Công suất tính toán toàn phần của phân xưởng:

Tra bảng PL 1.3 ta được: knc=0,3;cosφ = 0,6

Tra bảng PL 1.7 ta tìm được suất chiếu sáng : p0=15 W/m2 ở đây ta sử dụng bóng đèn sợi đốt nên cosφcs=1,tgφcs=0

* Công suất tính toán động lực:

Diện tích: 1575 m2

Tra bảng PL 1.3 ta được: knc=0,3;cosφ = 0,6

Tra bảng PL 1.7 ta tìm được suất chiếu sáng : p0=15 W/m2 ở đây ta sử dụng bóng đèn sợi đốt nên cosφcs=1,tgφcs=0

* Công suất tính toán động lực:

Tra bảng PL 1.3 ta được: knc=0,3;cosφ = 0,6

Tra bảng PL 1.7 ta tìm được suất chiếu sáng : p0=15 W/m2 ở đây ta sử dụng bóng đèn sợi đốt nên cosφcs=1,tgφcs=0

* Công suất tính toán động lực:

Pđl = knc Pđ = 0,3 3000 = 900 kW

Qđl = Pđl tgϕ = 900.1,33= 1200 kVAr

* Công suất tính toán chiếu sáng:

9 , 1511

Tra bảng PL 1.3 ta được: knc=0,3;cosφ = 0,6

Tra bảng PL 1.7 ta tìm được suất chiếu sáng : p0=15 W/m2 ở đây ta sử dụng bóng đèn sợi đốt nên cosφcs=1,tgφcs=0

* Công suất tính toán động lực:

Tra bảng PL 1.3 ta được: knc=0,7;cosφ = 0,8

Tra bảng PL 1.7 ta tìm được suất chiếu sáng : p0=15 W/m2 ở đây ta sử dụng bóng đèn sợi đốt nên cosφcs=1,tgφcs=0

* Công suất tính toán động lực:

Tra bảng PL 1.7 ta tìm được suất chiếu sáng : p0=15 W/m2 ở đây ta sử dụng bóng đèn sợi đốt nên cosφcs=1,tgφcs=0.

* Công suất tính toán động lực:

Tra bảng PL 1.3 ta được: knc=0,7;cosφ = 0,8

Tra bảng PL 1.7 ta tìm được suất chiếu sáng : p0=15 W/m2 ở đây ta sử dụng bóng đèn sợi đốt nên cosφcs=1,tgφcs=0

* Công suất tính toán động lực:

Tra bảng PL 1.3 ta được: knc=0,6;cosφ = 0,7

Tra bảng PL 1.7 ta tìm được suất chiếu sáng : p0=15 W/m2 ở đây ta sử

dụng bóng đèn sợi đốt nên cosφcs=1,tgφcs=0

* Công suất tính toán động lực:

P đl kW

P cs kW

P tt kW

Q tt kVAr

S tt kVA

I tt A

PTN 120 0,7 0,8 20 84 19,5 103,5 63 121,166 184,093

PX 1 3500 0,3 0,6 15 1050 35,438 1085,438 1396,5 1768,725 2687,3

PX 2 4000 0,3 0,6 15 1200 23,625 1223,625 1596 2011,088 3055,532

PX 3 3000 0,3 0,6 15 900 19,69 919,69 1200 1511,9 2297,1

Bảng phụ tải tính toán của các phân xưởng

2.4 Xác định phụ tải tính toán của nhà máy

Phụ tải tính toán tác dụng của nhà máy là:

2.5 Xác định tâm phụ tải điện và vẽ biểu đồ phụ tải

2.5.1 Tâm phụ tải điện

Tâm phụ tải điện là điểm quy ước nào đó sao cho mômen phụ tải đạt giá trị

cực tiểu

Biểu thức :

n

i i 1

P l →min

∑

Trong đó: Pi,li là công suất và khoảng cách phụ tải thứ i đến tâm phụ tải

Tâm phụ tải là điểm tốt nhất để đặt các trạm biến áp,trạm phân phối

trung tâm,tủ phân phối,tủ động lực,…nhằm giảm vốn đầu tư và tổn thất

Tọa độ tâm phụ tải là: M(x0,y0,z0) trong đó:

x0=

∑

∑

n i

i

n i

S

x S

i

n i

S

y S

i

n i

S

z S

1 1

với Si là công suất phụ tải thứ i

xi,yi,zi là tọa độ phụ tải thứ i tính theo 1 tọa độ tùy ý chọn

2.5.2 Biểu đồ phụ tải điện

Biểu đồ phụ tải là những vòng tròn có tâm trùng với tâm phụ tải,có diện tích tỷ lệ với công suất của phụ tải Biểu đồ phụ tải thường được chia làm 2 phần:

Phần gạch chéo tỷ lệ với công suất động lực của phụ tải

Phần để trắng tỷ lệ với công suất chiếu sáng của phụ tải

Bên cạnh có 1 phân thức thể hiện,trong đó tử số là số thứ tự phụ tải

và mẫu số là tổng công suất tính toán

Biểu đồ phụ tải dùng để giúp cho người thiết kế hình dung được sự phân bố phụ tải trên toàn bộ mặt bằng thiết kế trên cơ sở đó định ra được các phương án cung cấp điện

Để vẽ được các phụ tải cho các phân xưởng, ta coi các phụ tải của các phân xưởng phân bố đều theo diện tích phân xưởng trên mặt bằng.Bán kính vòng tròn biểu đồ phụ tải của phụ tải thứ i được xác định qua biểuthức:

Góc của phụ tải chiếu sáng nằm trong biểu đồ được xác định qua công thức:

tt

cs cs

P

P

.360

=α

Kết quả tính toán Ri và αcscủa biểu đồ phụ tải các phân xưởng được ghi ở

α cs ( o )

8 PX rèn 13,88 813,88 1340,0 7,3 6,1

9 Bộ phận nén ép 3,0 423 527,403 4,58 2,6

10 Trạm bơm 5,1 125,1 175,0 2,64 14,7

Bảng bán kính R và góc chiếu sáng của biểu đồ phụ tải các phân xưởng

Trên sơ đồ mặt bằng nhà máy vẽ một hệ truc tọa độ Oxy,xác định tâm các phân xưởng,tính toán ta có tọa độ tâm phụ tải như sau:

y0=

∑

∑

n i

i

n i

S

y S

i

n i

S

x S

1

1 = 5,7

Vậy tọa độ của tâm phụ tải là M(4,9;5,7)

Biểu đồ phụ tải toàn nhà máy cơ khí được vẽ trên hình sau:

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN CAO ÁP CỦA NHÀ MÁY

Đặt vấn đề

Việc lựa chọn sơ đồ cung cấp điện ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêukinh tế và kỹ thuật của hệ thống Một sơ đồ cung cấp điện được coi là hợp

lý phải thỏa mãn những yêu cầu cơ bản sau:

1 Đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật

2 Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

3 Thuận tiện và linh hoạt trong vận hành

4 An toàn cho người và thiết bị

5 Dễ dàng phát triển để đáp ứng yêu cầu tăng trưởng của phụ tải điện

6 Đảm bảo các chỉ tiêu về mặt kinh tế

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

1 Vạch các phương án cung cấp điện

2 Lựa chọn vị trí, số lượng, dung lượng của các trạm biến áp và lựachọn chủng loại, tiết diện các đường dây cho các phương án

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

4 Thiết kế chi tiết cho phương án được chọn

Vạch các phương án cung cấp điện

Trước khi vạch ra các phương án cụ thể cần lựa chọn cấp điện áp hợp lýcho đường dây tải điện từ hệ thống về nhà máy Biểu thức kinh nghiệm đểlựa chọn cấp điện áp truyền tải:

Căn cứ vào vị trí, công suất và yêu cầu cung cấp điện của các phân xưởng

có thể đưa ra các phương án cung cấp điện:

3.1 Phương án về các trạm biến áp phân xưởng:

Các trạm biến áp (TBA) được lựa chọn dựa trên các nguyên tắc sau:

1 Vị trí đặt TBA phải thoả mãn các yêu cầu: gần tâm phụ tải; thuận tiệncho việc vận chuyển, lắp đặt, vận hành, sửa chữa máy biến áp; an toàn vàkinh tế

2 Số lượng máy biến áp (MBA) đặt trong các TBA được lựa chọn căn cứvào yêu cầu cung cấp điện của phụ tải; điều kiện vận chuyển và lắp đặt; chế

độ làm việc của phụ tải Trong mọi trường hợp TBA chỉ đặt 1 MBA sẽ làkinh tế và thuận lợi cho việc vận hành, song độ tin cậy cung cấp điện không

cao Các TBA cung cấp cho hộ loại 1 và loại 2 nên đặt hai MBA, hộ loại 3

có thể chỉ đặt 1 MBA

3 Phân loại các loại phụ tải trong nhà máy:

- Trong nhà máy chế tạo vòng bi có :

* Phân xưởng 1, phân xưởng 2, phân xưởng 3, phân xưởng 4,phânxưởng rèn, bộ phận nén ép đều là những khâu rất chủ yếu trong quy trìnhcông nghệ sản xuất ra sản phẩm của nhà máy Nếu như bị ngừng cấp điệnthì sẽ dẫn đến tình trạng hư hỏng, rối loạn và thiếu hụt sản phẩm, ngừng trệsản xuất và lãng phí nhân công, vì vậy các bộ phận và phân xưởng nàyđược xếp vào phụ tải loại 1

* Phân xưởng sửa chữa cơ khí, phòng thí nghiệm đều là những khâuphụ trong dây truyền sản xuất vì vậy cho phép tạm ngừng cấp điện trongthời gian sửa chữa thay thế các phần tử bị sự cố nhưng không quá 8 giờ

và các phân xưởng này được xếp vào phụ tải loại 3 Trạm bơm, lò ga xếpvào loại 2

- Kết luận chung : qua việc phân tích đánh giá trên ta thấy trong nhà máychế tạo vòng bi có 10 bộ phận thì có tới 6 bộ phận có công suất lớn đượcxếp vào hộ loại 1 còn lại xếp vào hộ loại 3 Như vậy phụ tải loại 1 chiếmgần bằng 60 % nên nhà máy chế tạo vòng bi được xếp vào hộ phụ tải loại 1.+ Để tránh việc làm cản trở tới quá trình sản xuất bên trong các phânxưởng; việc phòng cháy, nổ dễ dàng, thuận lợi; tiết kiệm về xây dựng, ítảnh hưởng tới các công trình khác và việc làm mát tự nhiên được tốt hơn tachọn vị trí trạm biến áp ở ngoài và liền kề các phân xưởng

4 Dung lượng các MBA được chọn theo điều kiện:

n khc SđmB≥ Stt

và kiểm tra theo điều kiện sự cố một MBA (trong trạm có nhiều hơn 1MBA):

(n-1) khc.kqt SđmB≥ Sttsc

Trong đó:

n - số máy biến áp có trong TBA

khc - Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường, ta chọn loại máy biến

áp chế tạo ở Việt Nam nên không cần hiệu chỉnh nhiệt độ, khc = 1

kqt - hệ số quá tải sự cố, kqt = 1,4 nếu thoả mãn điều kiện MBA vậnhành quá tải không quá 5 ngày đêm, thời gian quá tải trong một ngày đêmkhông vượt quá 6h và trước khi quá tải MBA vận hành với hệ số tải ≤ 0,93

Sttsc- công suất tính toán sự cố Khi sự cố một MBA có thể loại bỏ một

số phụ tải không quan trọng để giảm nhẹ dung lượng của các MBA, nhờvậy có thể giảm nhẹ được vốn đầu tư và tổn thất của trạm trong trạng tháilàm việc bình thường Giả thiết trong các hộ loại 1 có 30% là phụ tải loại 3nên

Sttsc = 0,7 Stt

Đồng thời cũng cần hạn chế chủng loại MBA dùng trong nhà máy đểtạo điều kiện thuận lợi cho việc mua sắm, lắp đặt, vận hành, sửa chữa, thaythế

1 Phương án 1: Đặt 5 TBA phân xưởng, trong đó:

* Trạm biến áp B1: cấp điện cho Phòng thí nghiệm và Phân xưởng 1

Đây là một trong những bộ phận quan trọng nên trạm cần đặt 2 máy biến áplàm việc song song

n khc SđmB≥ Stt = 121,166 +1768,725 =1889,891 kVA

SđmB≥ S2tt

= 944,946 kVAChọn máy biến áp tiêu chuẩn Sđm = 1000 kVA

Kiểm tra dung lượng máy biến áp đã chọn theo điều kiện quá tải sựcố: Sttsc lúc này chính là công suất tính toán cho phụ tải 0,4 kV của Phòngthí nghiệm và Phân xưởng 1 sau khi cắt một số phụ tải không quan trọng(30% phụ tải loại 3)

(n-1) kqt SđmB≥ Sttsc = 0,7 Stt

SđmB≥ 0,7Stt 0,7.1889,891

Vậy trạm biến áp B1 đặt hai máy Sđm = 1000 kVA là hợp lý

* Trạm biến áp B2: cấp điện cho Phân xưởng 2, đặt 2 máy biến áp làmviệc song song

n khc SđmB≥ Stt = 2011,088 kVA

SđmB≥ S2tt

= 1005,544 kVAChọn máy biến áp tiêu chuẩn Sđm = 1250 kVA

Kiểm tra dung lượng máy biến áp đã chọn theo điều kiện quá tải sựcố: Sttsc lúc này chính là công suất tính toán cho phụ tải 0,4 kV của Bộ phậndệt sau khi cắt một số phụ tải không quan trọng (30% phụ tải loại 3)

(n-1) kqt SđmB≥ Sttsc = 0,7 Stt

SđmB≥ 0,7Stt 0,7.2011,088

1005,544

Vậy trạm biến áp B2 đặt hai máy biến áp Sđm = 1250 kVA

* Trạm biến áp B3: cấp điện cho phân xưởng 3 và phân xưởng sửa chữa cơ khí, trạm đặt 2 máy biến áp làm việc song song

n khc SđmB≥ Stt = 1511,9 + 124,883 =1636,783 kVA

SđmB≥ S2tt

= 818,392 kVAChọn máy biến áp tiêu chuẩn Sđm = 1000 kVA

Kiểm tra lại dung lượng máy biến áp đã chọn theo điều kiện quá tải sự cố:

(n-1) kqt SđmB≥ Sttsc = 0,7 Stt

SđmB≥ 0,7Stt 0,7.1636,783 818,392

Vậy trạm biến áp B3 đặt hai máy Sđm = 1000 kVA là hợp lý

* Trạm biến áp B4: cấp điện cho phân xưởng 4 và bộ phận nén ép Trạm đặt hai máy biến áp làm việc song song

n khc SđmB≥ Stt = 1258,6 + 527,403 = 1786,003 kVA

SđmB≥ S2tt

= 893 kVAChọn máy biến áp tiêu chuẩn Sđm = 1000 kVA

Kiểm tra lại dung lượng máy biến áp đã chọn theo điều kiện quá tải sự cố:

(n-1) kqt SđmB≥ Sttsc = 0,7 Stt

SđmB≥ 0,7Stt 0,7.1786,003

893

Vậy trạm biến áp B4 đặt hai máy biến áp SđmB = 1000 kVA

* Trạm biến áp B5: cấp điện cho Lò ga, phân xưởng rèn và trạm bơm Trạm đặt hai máy làm việc song song

n khc SđmB≥ Stt = 469,494 + 1340 + 175 =1984,494 kVA

SđmB≥ S2tt

=992,247 kVA Chọn máy biến áp tiêu chuẩn Sđm = 1000 kVA

Kiểm tra lại dung lượng máy biến áp đã chọn theo điều kiện quá tải sự cố:

(n-1) kqt SđmB≥ Sttsc = 0,7 Stt

SđmB≥ 0,7.Stt 0,7.1984,494

Vậy trạm B5 đặt hai máy biến áp Sđm = 1000 kVA.

2 Phương án 2: Đặt 6 TBA phân xưởng, trong đó:

* Trạm biến áp B1: cấp điện cho Phòng thí nghiệm và Phân xưởng 1

Đây là một trong những bộ phận quan trọng nên trạm cần đặt 2 máy biến áplàm việc song song

n khc SđmB≥ Stt = 121,166 +1768,725 =1889,891 kVA

SđmB≥ S2tt

= 944,946 kVAChọn máy biến áp tiêu chuẩn Sđm = 1000 kVA

Kiểm tra dung lượng máy biến áp đã chọn theo điều kiện quá tải sựcố: Sttsc lúc này chính là công suất tính toán cho phụ tải 0,4 kV của Phòngthí nghiệm và Phân xưởng 1 sau khi cắt một số phụ tải không quan trọng(30% phụ tải loại 3)

(n-1) kqt SđmB≥ Sttsc = 0,7 Stt

SđmB≥ 0,7Stt 0,7.1889,891

Vậy trạm biến áp B1 đặt hai máy Sđm = 1000 kVA là hợp lý

* Trạm biến áp B2: cấp điện cho Phân xưởng 2, đặt 2 máy biến áp làmviệc song song

n khc SđmB≥ Stt = 2011,088 kVA

SđmB≥ S2tt

= 1005,544 kVAChọn máy biến áp tiêu chuẩn Sđm = 1250 kVA

Kiểm tra dung lượng máy biến áp đã chọn theo điều kiện quá tải sựcố: Sttsc lúc này chính là công suất tính toán cho phụ tải 0,4 kV của Bộ phậndệt sau khi cắt một số phụ tải không quan trọng (30% phụ tải loại 3)

(n-1) kqt SđmB≥ Sttsc = 0,7 Stt

SđmB≥ 0,7Stt 0,7.2011,088

1005,544

Vậy trạm biến áp B2 đặt hai máy biến áp Sđm = 1250 kVA

* Trạm biến áp B3: cấp điện cho phân xưởng 3 và phân xưởng sửa chữa cơ khí, trạm đặt 2 máy biến áp làm việc song song

n khc SđmB≥ Stt = 1511,9 + 124,883 =1636,783 kVA

SđmB≥ S2tt

= 818,392 kVAChọn máy biến áp tiêu chuẩn Sđm = 1000 kVA

Kiểm tra lại dung lượng máy biến áp đã chọn theo điều kiện quá tải sự cố:

(n-1) kqt SđmB≥ Sttsc = 0,7 Stt

SđmB≥ 0,7S1,4tt = 0,7.1636,7831,4 =818,392 kVA

Vậy trạm biến áp B3 đặt hai máy Sđm = 1000 kVA là hợp lý

* Trạm biến áp B4: cấp điện cho phân xưởng 4 và bộ phận nén ép Trạm đặt hai máy biến áp làm việc song song

n khc SđmB≥ Stt = 1258,6 + 527,403 = 1786,003 kVA

SđmB≥ S2tt

= 893 kVAChọn máy biến áp tiêu chuẩn Sđm = 1000 kVA

Kiểm tra lại dung lượng máy biến áp đã chọn theo điều kiện quá tải sự cố:

* Trạm biến áp B5: cấp điện cho phân xưởng rèn Trạm đặt hai máy biến áp làm việc song song.

n khc SđmB≥ Stt = 1340kVA

SđmB≥ S2tt

= 670 kVAChọn máy biến áp tiêu chuẩn Sđm = 800 kVA

Kiểm tra dung lượng máy biến áp đã chọn theo điều kiện quá tải sựcố: Sttsc lúc này chính là công suất tính toán cho phụ tải 0,4 kV của Bộ phậnkéo sợi sau khi cắt một số phụ tải không quan trọng (30% phụ tải loại 3)

(n-1) kqt SđmB≥ Sttsc = 0,7 Stt

4 , 1

1340 7 , 0 4 , 1

7 ,

0 S tt

670 kVAVậy trạm biến áp B5 đặt hai máy Sđm = 800 kVA là hợp lý

* Trạm biến áp B6: cấp điện cho lò ga + trạm bơm Trạm đặt 2 máybiến áp làm việc song song

n khc SđmB≥ Stt = 469,494 +175 = 644,494 kVA

SđmB≥ S2tt

= 322,247 kVAChọn máy biến áp tiêu chuẩn Sđm = 500 kVA

Kiểm tra dung lượng máy biến áp đã chọn theo điều kiện quá tải sựcố: Sttsc lúc này chính là công suất tính toán cho phụ tải 0,4 kV của Bộ phậndệt sau khi cắt một số phụ tải không quan trọng (30% phụ tải loại 3)

(n-1) kqt SđmB≥ Sttsc = 0,7 Stt

SđmB≥ 0,7Stt 0,7.644,494

322,247

Vậy trạm biến áp B6 đặt hai máy biến áp Sđm = 500 kVA là hợp lý

3.2 Xác định vị trí đặt các trạm biến áp phân xưởng:

Trong các nhà máy thường sử dụng các kiểu TBA phân xưởng:

* Các trạm biến áp cung cấp điện cho một phân xưởng có thể dùngloại liền kề có một tường của trạm chung với tường của phân xưởng nhờvậy tiết kiệm được vốn xây dựng và ít ảnh hưởng đến công trình khác

* Trạm lồng cũng được sử dụng để cung cấp điện cho một phần hoặctoàn bộ một phân xưởng vì có chi phí đầu tư thấp, vận hành, bảo quảnthuận lợi song về mặt an toàn khi có sự cố trong trạm hoặc phân xưởngkhông cao

* Các trạm biến áp dùng chung cho nhiều phân xưởng nên đặt gần tâmphụ tải, nhờ vậy có thể đưa điện áp cao tới gần hộ tiêu thụ điện và rút ngắnkhá nhiều chiều dài mạng phân phối cao áp của xí nghiệp cũng như mạng

hạ áp phân xưởng, giảm chi phí kim loại làm dây dẫn và giảm tổn thất Cũng vì vậy nên dùng trạm độc lập, tuy nhiên vốn đầu tư xây dựng trạm sẽ

Vị trí các TBA phân xưởng cần tâm phụ tải của các phân xưởng hoặc nhómphân xưởng được cung cấp từ các TBA

Dựa vào các tiêu chí trên mà ta đưa ra vị trí lắp các TBA theo các phương

án trình bày dưới

3.3 Phương án cung cấp điện cho các trạm biến áp phân xưởng:

1 Các phương án cung cấp điện cho các trạm biến áp phân xưởng:

a Phương án sử dụng sơ đồ dẫn sâu:

Đưa đường dây trung áp 35 kV vào sâu trong nhà máy đến tận cáctrạm biến áp phân xưởng Nhờ đưa trực tiếp điện áp cao vào các trạm biến

áp phân xưởng sẽ giảm được vốn đầu tư xây dựng trạm biến áp trung gianhoặc trạm phân phối trung tâm, giảm được tổn thất và nâng cao năng lựctruyền tải của mạng Tuy nhiên nhược điểm của sơ đồ này là các thiết bị sửdụng trong sơ đồ giá thành đắt và yêu cầu trình độ vận hành phải rất cao,

nó chỉ phù hợp với các nhà máy có phụ tải lớn và tập trung nên ở đây takhông xét đến phương án này

b Phương án sử dụng trạm biến áp trung gian ( TBATG ):

Nguồn 35 kV từ hệ thống về qua TBATG được hạ xuống điện áp 10

kV để cung cấp cho các trạm biến áp phân xưởng Nhờ vậy sẽ giảm đượcvốn đầu tư cho mạng điện cao áp trong nhà máy cũng như các TBA phânxưởng, vận hành thuận lợi hơn và độ tin cậy cung cấp điện cũng được cảithiện Song phải đầu tư để xây dựng TBATG, gia tăng tổn thất trong mạngcao áp Nếu sử dụng phương án này, vì nhà máy được xếp vào phụ tải loại

1 nên TBATG phải đặt hai máy biến áp với công suất được chọn theo điềukiện:

n SđmB≥ Sttnm = 7888,368 kVA

SđmB≥ S ttnm2

= 3944,184 kVAChọn máy biến áp tiêu chuẩn Sđm = 5600 kVA

Kiểm tra lại dung lượng máy biến áp đã chọn theo điều kiện quá tải sự

cố với giả thiết các phụ tải trong nhà máy đều có 30% là phụ tải loại 3 cóthể tạm ngừng cung cấp điện khi cần thiết:

(n-1) kqt SđmB≥ Sttsc

SđmB≥ 0,7Stt 0,7.7888,368 3944,184

Vậy tại trạm biến áp trung gian sẽ đặt hai MBA 5600 kVA - 35/10 kV

do Công ty cổ phần chế tạo thiết bị điện Đông Anh chế tạo theo đơn đặthàng

c Phương án sử dụng trạm phân phối trung tâm ( TPPTT ):

Điện năng từ hệ thống cung cấp cho các trạm biến áp phân xưởngthông qua TPPTT Nhờ vậy việc quản lý, vận hành mạng điện cao áp củanhà máy sẽ thuận lợi hơn, tổn thất trong mạng giảm, độ tin cậy cung cấpđiện được gia tăng, song vốn đầu tư cho mạng cũng lớn hơn Trong thực tếđây là phương án thường được sử dụng khi điện áp nguồn không cao ( ≤ 35

kV ), công suất các phân xưởng tương đối lớn

2 Xác định vị trí đặt trạm biến áp trung gian, trạm phân phối trung tâm:Dựa trên hệ trục toạ độ xOy đã chọn có thể xác định được tâm phụ tảiđiện của nhà máy như chương 2 :

n

i i i

S

x S x

1

1 0

n

i

i i

S

y S y

1

1 0

.

= 5,7

Trong đó:

Si: Công suất tính toán của phân xưởng thứ i

xi, yi: toạ độ tâm phụ tải của phân xưởng thứ i

Vậy vị trí tốt nhất để đặt TBATG hoặc TPPTT có toạ độ M ( 4,9 ; 5,7 ).

3 Lựa chọn phương án nối dây của mạng cao áp:

Nhà máy thuộc phụ tải loại 1, nên đường dây từ trạm biến áp trunggian về trung tâm cung cấp (trạm biến áp trung gian hoặc trạm phân phốitrung tâm) của nhà máy sẽ dùng dây trên không lộ kép.

Do tính chất quan trọng của các phân xưởng nên ở mạng cao áptrong nhà máy ta sử dụng sơ đồ hình tia, lộ kép Sơ đồ này có ưu điểm là

sơ đồ nối dây rõ ràng, các trạm biến áp phân xưởng đều được cấp điện từmột đường dây riêng nên ít ảnh hưởng lẫn nhau, độ tin cậy cung cấp điệntương đối cao, dễ thực hiện các biện pháp bảo vệ, tự động hoá và dễ vậnhành Để đảm bảo mỹ quan và an toàn, các đường cáp cao áp trong nhàmáy đều được đặt trong hào cáp xây dọc theo các tuyến giao thông nội bộ

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