ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO NHÀ MÁY ĐƯỜNG Giáo viên hướng dẫn PHAN ĐĂNG KHẢI

I.Trường: ĐHBK Hà Nội, Bộ môn HỆ THỐNG ĐIỆN II.Giáo viên hướng dẫn: TS PHAN ĐĂNG KHẢI III.Đề tài: THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO NHÀ MÁY ĐƯỜNG VI. Các nội dung chính: 1) Mở đầu. 2) Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng cơ khí và toàn nhà máy. 3) Thiết kế mạng điện cao áp cho toàn nhà máy. 4) Thiết kế mạng điện hạ áp cho phân xưởng sửa chữa cơ khí. 5) Tính toán bù công suất phản kháng cho nhà máy. 6) Thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng sửa chữa cơ khí. 7) Thiết kế một trạm biến áp tự chọn trong nhà máy.

Khoa điện

Bộ môn hệ thống điện Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp

Đề tài thiết kế tốt nghiệp.

Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy đường

I Nhiệm vụ thiết kế.

Chương 1: Mở đầu

Chương 2: Xác định phụ tải tính toán

Chương 3: Thiết kế mạng cao áp cho toàn nhà máy

Chương 4: Thiết kế mạng hạ áp cho phân xưởng sửa chữa cơ khí

Iii Các bản vẽ khổ a 0

1 Các phương án cấp điện cho toàn nhà máy

2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống cung cấp điện cao áp cho nhà máy

3 Sơ đồ đi dây của phân xưởng sửa chữa cơ khí

4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng sửa chũa cơ khí

5 Sơ đồ nguyên lý của trạm biến áp phân xưởng

Lời nói đầu

Điện năng là một dạng năng lượng phổ biến và có tầm quan trọng không thểthiếu trong bất kỳ một lĩnh vực nào của nền kinh tế quốc dân của mỗi đất nước Nhưchúng ta đã xác định và thống kê được rằng khoảng 70% điện năng được sản xuất radùng trong các xí nghiệp, nhà máy công nghiệp Vấn đề đặt ra cho chúng ta là đã sảnxuất ra được điện năng làm thế nào để cung cấp điện cho các phụ tải hiệu quả, tincậy Vì vậy cung cấp điện cho các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp có một ý nghĩa tolớn đối với nền kinh tế quốc dân

Một phương án cung cấp điện hợp lý là phải kết hợp một cách hài hoà các yêucầu về kinh tế - kỹ thuật, độ tin cậy cung cấp điện, độ an toàn cao, đồng thời phải

đảm bảo tính liên tục cung cấp điện, tiện lợi cho việc vận hành, sửa chữa khi hỏnghóc và phải đảm bảo được chất lượng điện năng nằm trong phạm vi cho phép Hơnnữa là phải thuận lợi cho việc mở rộng và phát triển trong tương lai

Đề tài thiết kế tốt nghiệp của em là: Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy Đường.

Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp vừa qua, với sự cố gắng của bản thân đồngthời với sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ Thống Điện và được sự

giúp đỡ tận tình của thầy cô giáo hướng dẫn : TS Phan Đăng Khải đến nay em đã

hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình Song do thời gian làm đồ án có hạn, kiến thứccòn hạn chế, nên đồ án tốt nghiệp của em không tránh khỏi những thiếu sót Do vậy

em kính mong nhận được sự góp ý chỉ bảo của các thầy các cô để em bảo vệ đồ ántốt nghiệp của mình thu được kết quả tốt đẹp

Em xin chân thành cảm ơn Thầy Phan Đăng Khải cùng toàn thể thầy cô giáo

trong bộ môn

Hà Nội, ngày … tháng … năm 20

Sinh viên thiết kế

Phạm Văn Hương

Bộ phận cô đặcPhân xưởng tinh chếKho thành phẩmPhân xưởng sửa chữa cơ khíTrạm bơm

Nhà máy nhiệt điện(12%td)Kho than

Phụ tải điện cho thị trấnChiếu sáng phân xưởng

350700550750150Theo tính toán600Theo tính toán3505000Xác định theo diện

tích

11383,145392,014493,342995,565325,441800,001597,638221,156490,38

Nhà máy có nhiệm vụ sản xuất và cung cấp một khối lượng đường lớn chonhu cầu trong nước và cho xuất khẩu Hiện tại nhà máy làm việc 3 ca với thờigian làmviệc tối đa Tmax= 5500h và công nghệ khá hiện đại Tương lai nhà máy sẽ

mở rộng lắp đặt các máy móc thiết bị hiện đại hơn Đứng về mặt cung cấp điện thìviệc thiết kế cấp điện phải đảm bảo sự gia tăng phụ tải trong tương lai về mặt kỹthuật và kinh tế, phải đề ra phương án cấp điện sao cho không gây quá tải sau vàinăm sản suất và cũng không thể quá dư thừa dung lượng mà sau nhiều năm nhàmáy vẫn không khai thác hết dung lượng sông suất dự trữ dẫn đến lãng phí.Theoquy trình trang bị điện và công nghệ của nhà máy ta thấy khi ngừng cung cấp điện

sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của nhà máy gây thiệt hại về nền kinh tế quốc dân

do đó ta

xếp nhà máy vào phụ tải loại II, hình thức cấp điện như hộ loại I cần được bảo

đảm cung cấp điện liên tục và an toàn Trong nhà máy có : phân xưởng sửa chữa

Phạm Văn Hương – Lớp HTĐ T3 – K42 2

cơ khí, kho thành phẩm, kho củ cải đường và kho than là hộ loại III, các phânxưởng còn lại là hộ loại I

2 Giới thiệu các quy trình công nghệ nhà máy :

- Theo quy trình trang bị điện và quy trình công nghệ sản xuất của xí nghiệp thìviệc ngừng cung cấp điện sẻ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm gây thiệt hại

về kinh tế do đó ta xếp xí nghiệp vào phụ tải loại 2

- Để quy trình sản xuất của xí nghiệp đảm bảo vận hành tốt thì phải đảm bảochất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện cho toàn xí nghiệp và chocác phân xưởng quan trọng trong xí nghiệp

Nhà máy

nhiệt

điện

Kho củ cải đường

PX thái và nấu củ cải

Kho than

3 Giới thiệu phụ tải điện của toàn nhà máy :

3.1 Các đặc điểm của phụ tải điện :

• Phụ tải điện trong nhà máy công nghiệp có thể phân ra làm 2 loạiphụ tải :

+ Phụ tải động lực+ Phụ tải chiếu sáng

• Phụ tải động lực thường có chế độ làm việc dài hạn, điện áp yêucầu trực tiếp đến thiết bị là 380/220V, công suất của chúng nằmtrong dảitừ 1 đến hàng chục kW và được cung cấp bởi dòng điệnxoay chiều tần số f = 50 Hz

• Phụ tải chiếu sáng thường là phụ tải 1 pha, công suất không lớn.Phụ tải chiếu sáng bằng phẳng, ít thay đổi và thường dùng dòng

điện xoay chiều tần số f = 50 Hz

an toàn cho thiết bị về mặt phát nóng.

Phụ tải tính toán được sử dụng để lựa chọn và kiểm tra các thiết bị trong hệthống cung cấp điện như : Máy biến áp, dây dẫn, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng, tổn thất điện áp; lựa chọn dunglượng bù công suất phản kháng, Phụ tải tính toán phụ thuộc vào nhiều yếu tốnhư : công suất, số lượng, chế độ làm việc của các thiết bị điện, trình độ và

phương thức vận hành hệ thống Nếu phụ tải tính toán xác định được nhỏ hơnphụ tải thực tế thì sẽ làm giảm tuổi thọ của thiết bị điện, có khả năng dẫn đến sự

cố, cháy nổ, Ngược lại, các thiết bị được lựa chọn sẽ dư thừa công suất làm ứ

đọng vốn đầu tư, gia tăng tổn thất Cũng chính vì vậy đã có nhiều công trìnhnghiên cứu và phương pháp xác định phụ tải tính toán, song cho đến nay vẫn chưa

có được phương pháp nào thật hoàn thiện Những phương pháp cho thấy kết quả

đủ tin cậy thì lại quá phức tạp, khối lượng tính toán và các thông tin ban đầu đòihỏi quá lớn và ngược lại Có thể đưa ra đây mộ số phương pháp thường được sửdụng nhiều hơn cả để xác định phụ tải tính toán khi quy hoạch và thiết kế các hệthống cung cấp điện :

2.1.1 Xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số cực đại:

Theo phương pháp này

Ptt= KMax Ptb= KMax Ksd Pđm (1 - 1)

Trong đó:

Ptb- công suất trung bình của phụ tải trong ca mang tải lớn nhất

Pđm- công suất định mức của phụ tải

Ksd- hệ số sử dụng công suất tác dụng của phụ tải

KMax - hệ số cực đại công suất tác dụng với khoảng thời gian trungbình hoá T=30 phút

Phương pháp này thường được dùng để tính phụ tải tính toán cho một nhómthiết bị, cho các tủ động lực trong toàn bộ phân xưởng Nó cho một kết quảkhá chính xác nhưng lại đòi hỏi một lượng thông tin khá đầy đủ về các phụtải như: chế độ làm việc của từng phụ tải, công suất đặt của từng phụ tải sốlượng thiết bị trong nhóm (ksdi; pđmi; cosϕi; )

2.1.2 Xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và độ lệch trung bình bình phương: Theo phương pháp này

Ptt= Ptb± β.σtb (1-2)Trong đó:

Ptb- Phụ tải trung bình của đồ thị nhóm phụ tải

β - Bộ số thể hiện mức tán xạ

σtb- Độ lệch của đồ thị nhóm phụ tải

Phương pháp này thường được dùng để tính toán phụ tải cho các nhóm thiết

bị của phân xưởng hoặc của toàn bộ xí nghiệp Tuy nhiên phương pháp này

ít được dùng trong tính toán thiết kế mới vì nó đòi hỏi khá nhiều thông tin

về phụ tải mà chỉ phù hợp với các hệ thống đang vận hành

2.1.3 Xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số hình dạng: Theo phương pháp này:

Ptt= Khd Ptb (1-3)

Qtt= Khdq Qtb hoặc Qtt= Ptt tgϕ (1-4)Trong đó:

Ptb; Qtb- Phụ tải tác dụng và phản kháng trung bình trong ca mang tảilớn nhất

đồ thị của nhóm phụ tải.

2.1.4 Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu: theo

phương pháp này thì

Ptt= Knc Pđ (1-5)Trong đó:

Knc- Hệ số nhu cầu của nhóm phụ tải

Pđ- Công suất đặt của nhóm phụ tải

Phương pháp này cho kết quả không chính xác lắm, tuy vậy lại đơn giản và

có thể nhanh chóng cho kết quả cho nên nó thường được dùng để tính phụtải tính toán cho các phân xưởng, cho toàn xí nghiệp khi không có nhiềucác thông tin về các phụ tải hoặc khi tính toán sơ bộ phục vụ cho việc quihoặc.v.v

2.1.5 Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản suất: theo phương pháp này thì:

Ptt= p0 F (1-6)Trong đó;

p0- Suất phụ tải tính toán cho một đơn vị diện tích sản xuất

F - Diện tích sản suất có bố trí các thiết bị dùng điện

Phương pháp này thường chi được dùng để ước tính phụ tải điện vì nócho kết quả không chính xác Tuy vậy nó vẫn có thể được dùng cho một sốphụ tải đặc biệt mà chi tiêu tiêu thụ điện phụ thuộc vào diện tich hoặc có sựphân bố phụ tải khá đồng đều trên diện tích sản suất

2.1.6 Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng trên một đơn

vị sản phẩm và tổng sản lượng: theo phương pháp này

a M

P tb = . 0 (1-7)

Ptt = KM Ptb (1-8)Trong đó:

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

M - Tổng sản phẩm sản xuất ra trong khoảng thời gian khảo sát T (1ca; 1 năm)

T – Thời gian làm việc để sản xuất ra số sản phẩm M

Ptb- Phụ tải trung bình của xí nghiệp

kM- Hệ số cực đại công suất tác dụng

Phương pháp này thường chỉ được sử dụng để ước tính, sơ bộ xác định phụtải trong công tác qui hoạch hoặc dùng để qui hoạch nguồn cho xí nghiệp

2.1.7 Xác định phụ tải đỉnh nhọn của nhóm thiết bị:

Theo phương pháp này thì phụ tải đỉnh nhọn của nhóm thiết bị sẽxuất hiện khi thiết bị có dòng khởi động lớn nhất mở máy còn các thiết bị kháctrong nhóm đang làm việc bình thường và được tính theo công thức sau:

Iđn= Ikđ (max) + (Itt - ksd Iđm (max)) (1-9)Trong đó:

Ikđ (max) - dòng khởi động của thiết bị có dòng khởi động lớn nhất

trong nhóm máy

Itt - dòng điện tính toán của nhóm máy

Iđm (max)- dòng định mức của thiết bị đang khởi động

ksd - hệ số sử dụng của thiết bị đang khởi động

Trong các phương pháp trên, 3 phương pháp 4,5,6 dựa trên kinh nghiệmthiết kế và vận hành để xác định PTTT nên chỉ cho các kết quả gần đúng tuynhiên chúng khá đơn giản và tiện lợi Các phương pháp còn lại được xây dựngtrên cơ sở lý thuyết xác suất thống kê có xét đến nhiều yếu tố do đó có kết quảchính xác hơn, nhưng khối lượng tính toán hơn và phức tạp

Tuỳ theo yêu cầu tính toánvà những thông tin có thể có được về phụ tải,người thiết kế có thể lựa chọn các phương pháp thích hợp để xác định PTTT

2.2 Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng sữa chữa cơ khí :

Phân xưởng sữa chữa cơ khí có diện tích bố trí thiết bị là 1800 m2 Trong phânxưởng có 60 thiết bị,công suất khác nhau, lớn nhất là 90kW song cũng có nhữngthiết bị công suẩt rất nhỏ ( < 0,5kW ) Dựa vào hệ số tải(kt) để xem chế độ làmviệc của thiết bị Hầu hết các thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn (có kt=0,9)

Với phân xưởng sửa chữa cơ khí theo các đề thiết kế giáo học thường chocác thông tin khá chi tiết về phụ tải và vì vậy để có kết quả chính xác nêu chọnphương pháp tinh toán là: “Tính phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệcực đại”

2.2.1 Giới thiệu phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình P tb và hệ số cực đại k max ( còn gọi là phương pháp số thiết bị dùng điện hiệu quả n hq )

Ptt= KMax Ptb= KMax Ksd Pđm (1-10)Trong đó:

Ptb - Công suất trung bình của phụ tải trong ca mang tải lớn nhất

Pđm - Công suất định mức của phụ tải (tổng công suất định mức của nhómphụ tải)

Ksd - Hệ số sử dụng công suất tác dụng của phụ tải (hệ số sử dụng chungcủa nhóm phụ tải có thể được xác định từ hệ số sử dụng của từng thiêts bị

đơn lẻ trong nhóm)

KMax- Hệ số cực đại công suất tác dụng của nhóm thiết bị (hệ số này sẽ

được xác định theo số thiết bị điện hiệu quả và hệ số sử dụng của nhómmáy)

Như vậy để xác định phụ tải tính toán theo phương pháp này chúng ta cần phảixác định được hai hệ số Ksdvà KMax

Hệ số sử dụng: theo định nghĩa là tỷ số giữa công suất trung bình và côngsuất định mức Trong khi thiết kế thông thường hệ số sử dụng của từng thiết bị

được tra trong các bảng của sổ tay và vì vậy chúng ta có thể xác định được hệ số

sử dụng chung của toàn nhóm theo công thức sau:

n

i

sdi dmi

dm

tb sd

p

k p P

P K

pđmi- công suất định mức của phụ tải thứ i trong nhóm thiết bị

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

n - tổng số thiết bị trong nhóm

Ksd- hệ số sử dụng trung bình của cả nhóm máy

Cùng một khái niệm tương tự chung ta có thể cũng xác định được hệ số sửdụng đối với công suất phản kháng Tuy nhiên ít có các tài liệu để tra được hệ số

sử công suất phản kháng, nên ở đây không đề cập đến công thức tính toán

Hệ số cực đại KMax: là một thông số phụ thuộc chế độ làm việc của phụ tải

và số thiết bị dùng điện có hiệu quả của nhóm máy, Trong thiết kế hệ số này đượctra trong bảng theo Ksdvà nhqcủa nhóm máy

Số thiết bị dùng điện hiệu quả: “là số thiết bị giả thiết có cùng công suất,cùng chế độ làm việc gây ra một phụ tải tính toán bằng phụ tải tính toán củanhóm thiết bị điện thực tế có công suất và chế độ làm việc khác nhau” Số thiết bị

điện hiệu quả có thể xác định được theo công thức sau:

i dmi hq

p

p n

1

2

2 1

) (

) (

(1-12)

Các trường hợp riêng để xác định nhanh nhq:

min max ≤

Trong đó: pdm max- công suất định mức của thiết bị lớn nhất trong nhóm

pdm min- công suất định mức của thiết bị nhỏ nhất trong nhóm

Ksd - hệ số sử dụng công suất trung bình của nhóm máy

Trường hợp 2: Khi trong nhóm có n1 thiết bị có tổng công suất định mứcnhỏ hơn hoặc bằng 5% tổng công suất định mức của toàn nhóm

i

S

1 1

% 5

1

thì

Trường hợp 3: Khi m > 3 và Ksd≥0,2

(1-13)

Chú ý: nếu khi tính ra nhq> n thì lấy

Trường hợp 4: Khi không có khả năng sử dụng các cách đơn giản để tínhnhanh nhq thì có thể sử dụng các đường cong hoặc bảng tra Thông thường các

đường cong và bảng tra được xây dựng quan hệ giữa n*

hq (số thiết bị hiệu quả

2

dm

n

i dmi hq

P

P n

∑

=

=

tương đối) với các đại lượng n* và P* Và khi đã tìm được n*

hq thì số thiết bị điệnhiệu quả của nhóm máy sẽ được tính;

Pđm1- tổng công suất định mức của n1thiết bị

Pđm - tổng công suất định mức của n thiết bị (tức của toàn bộ nhóm).Khi xác định phụ tải tính toán theo phương pháp số thiết bị dùng điện hiệuquả : nhq, trong 1 số trường hợp cụ thể có thể dùng các công thức gần đúng sau :

* Nếu n≤3 và nhq< 4, phụ tải tính toán được tính theo công thức :

∑

=

i dmi

P

1

Trong đó : kti- hệ số phụ tải của thiết bị thứ i Nếu không có

số liệu chính xác, hệ số phụ tải có thể lấy gần đúng như sau :

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

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

* Nếu n > 300 và ksd≥0,5 phụ tải tính toán được tính theo công thức:

∑

=

i dmi sd

P

1 05 , 1

* Đối với thiết bị có đồ thị phụ tải bằng phẳng ( các máy bơm, quạtnén khí ) phụ tải tính toán có thể lấy bằng phụ tải trung bình :

P

1.

* Nếu trong mạng có thiết bị một pha cần phải phân phối đều cácthiết bị cho ba pha của mạng, trước khi xác định nhq phải quy đổi công suất củacác phụ tải 1 pha về 3 pha tương đương :

Nếu thiết bị 1 pha đấu vào điện áp pha : Pqđ= 3.Ppha maxNếu thiết bị 1 pha đấu vào điện áp dây : Pqđ= 3 Pphamax

* Nếu trong nhóm có thiết bị tiêu thụ điện làm việc ở chế độ ngắnhạn lặp lại thì phải quy đổi về chế độ dài hạn trước khi xác định nhq theo côngthức : Pqd = dm Pdm

Trong đó :εđm- hệ số đóng điện tương đối phần trăm, cho trong lí lịch máy

2.2.2.Trình tự xác định phụ tải tính toán theo phương pháp P tb và k max :

1 Phân nhóm phụ tải :

Để phân nhóm phụ tải ta dựa vào nguyên tắc sau:

* Các thiết bị trong 1 nhóm phải có vị trí gần nhau trên mặt bằng (điều này

sẽ thuận tiện cho việc đi dây tránh chồng chéo, giảm tổn thất )

* Các thiết bị trong nhóm nên có cùng chế độ làm việc (điều này sẽ thuậntiện cho việc tính toán và CCĐ sau này ví dụ nếu nhóm thiết bị có cùng chế

độ làm việc, tức có cùng đồ thị phụ tải vậy ta có thể tra chung được ksd, knc;cosϕ; và nếu chúng lại có cùng công suất nữa thì số thiết bị điện hiệu quả

sẽ đúng bằng sô thiết bị thực tế và vì vậy việc xác định phụ tải cho cácnhóm thiết bị này sẽ rất dễ dàng.)

* Các thiết bị trong các nhóm nên được phân bổ để tổng công suất của cácnhóm ít chênh lệch nhất (điều này nếu thực hiện được sẽ tạo ra tính đồngloạt cho các trang thiết bị CCĐ ví dụ trong phân xưởng chỉ tồn tại một loại

tủ động lực và như vậy thì nó sẽ kéo theo là các đường cáp CCĐ cho chúngcùng các trang thiết bị bảo vậy cũng sẽ được đồng loạt hoá, tạo điều kiện

cho việc lắp đặt nhanh kể cả việc quản lý sửa chữa, thay thế và dự trữ saunày rất thuận lợi ).

* Ngoài ra số thiết bị trong cùng một nhóm cũng không nên quá nhiều vì số

lộ ra của một tủ động lực cũng bị không chế (thông thường số lộ ra lớn nhấtcủa các tủ động lực được chế tạo sẵn cũng không quá 8) Tất nhiên điều nàycũng không có nghĩa là số thiết bị trong mỗi nhóm không nên quá 8 thiết

bị Vì 1 lộ ra từ tủ động lực có thể chỉ đi đến 1 thiết bị, nhưng nó cũng cóthể được kéo móc xích đến vài thiết bị,(nhất là khi các thiết bị đó có côngsuất nhỏ và không yêu cầu cao về độ tin cậy CCĐ ) Tuy nhiên khi số thiét

bị của một nhóm quá nhiều cũng sẽ làm phức tạp hoá trong vận hành vàlàm giảm độ tin cậy CCĐ cho từng thiết bị

* Ngoài ra các thiết bị đôi khi còn được nhóm lại theo các yêu cầu riêngcủa việc quản lý hành chính hoặc quản lý hoạch toán riêng biệt của từng

bộ phận trong phân xưởng

Dựa theo nguyên tắc phân nhóm phụ tải điện đã nêu ở trên và căn cứ vào vị trí,công suất thiết bị bố trí trên mặt bằng phân xưởng có thể chia các thiết bị trongphân xưởng Sửa chữa cơ khí thành : nhóm phụ tải Kết quả phân nhóm phụ tải

điện được trình bày ở bảng 2.1

2 Xác định phụ tải tính toán động lực của phân xưởng:

a) Các phương pháp xác định phụ tải tính toán:

-Theo công suất trung bình và hệ số cực đại

-Theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

- Vì đã biết được khá nhiều thông tin về phụ tải, có thể xác định phụ tải tính toántheo công suất trung bình và hệ số cực đại Do đó phụ tải tính toán được xác địnhnhư sau:

Ptt= kmax.ksd.ΣPđmiTrong đó :

ksd: hệ số sử dụng của nhóm thiết bị, tra bảng

kmax: hệ số cực đại, tra bảng theo hai đại lượng ksdvà nhq

nhq: là số thiết bị dùng hiệu quả

b) Xác định phụ tải tính toán của nhóm 1

5,0.85,49,0.158,0.5,97,0.156,0.4,80cos

.cos

n

i

i dmi

57,075,124

Tra b¶ng PL1.4(TL1) ta ®­îc nhq*= 0,56

⇒ nhq= n nhq*= 13 0,56 = 7,28

Tra b¶ng PL1.5(TL1) víi ksdtb= 0,26, nhq= 7,28 ®­îc kmax= 2

Phô t¶i tÝnh to¸n nhãm 1 lµ:

( )kW P

k k P

n dmi sd

,124

05,0.85,47,0.156,0.5,925,0.1515,0.4,80

n

i

sdi dmi

P

k

( kVAr )

tg P

Qtt = tt  = 37 , 425 1 , 14 = 42 , 66

( )

)(146,863

7,5666,0

425,37cos

A U

S I

kVA

P S

tt tt

tt tt

Itt - dòng điện tính toán của nhóm máy

Iđm (max)- dòng định mức của thiết bị đang khởi động

ksd - hệ số sử dụng của thiết bị đang khởi động

kmm= 5 đối với động cơ không đồng bộ

Tính toán tương tự đối với các nhóm 2,3,4,5 ta có bảng tổng hợp kết quả xác

định phụ tải tính toán cho phân xưởng SCCK :

Phạm Văn Hương – Lớp HTĐ T3 – K42 18

3 Xác định phụ tải tính chiếu sáng của toàn phân xưởng:

Phụ tải chiếu sáng của phân xưởng được xác định theo phương pháp suấtchiếu sáng trên 1 đơn vị diện tích :

Pcs = p0 FTrong đó :

p0- suất chiếu sáng trên 1 đơn vị diện tích chiếu sáng [W/m2]

F - Diện tích được chiếu sáng [ m2]Trong phân xưởng sửa chữa cơ khí, hệ thống chiếu sáng sử dụng đèn sợi đốt,tra bảng PL1.7(TL1) ta được : 0 12 2

4 Phụ tải tính toán của toàn phân xưởng sửa chữa cơ khí:

- Phụ tải tác dụng tính toán của toàn phân xưởng:

)(324,344)96,5311328,9874,127425,37(8,

- Phụ tải phản kháng tính toán toàn phân xưởng là:

Qpx= 0,8 ( 42,66 + 61,31 + 108,1 + 115,26 + 58,01) = 308,272 (kVAr)Trong đó : kđt - hệ số đồng thời của toàn phân xưởng, lấy kđt= 0,8

- Phụ tải toàn phân xưởng kể cả chiếu sáng:

Q P

P

S ttpx = ( px + cs)2 + px2 = 344,324+21,6 2+308,2722 =478,468

72,0

)(7273

ttpx ttpx

S

P Cos

A U

S I

P

Phô t¶i tÝnh to¸n

Ptt(kW) (kVArQtt (kVA)Stt (A)Itt (A)I®n

2.3 Xác định phụ tải tính toán cho phân xưởng khác

Do chỉ biết trước công suất đặt và diện tích của các phân xưởng nên ở đây

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

2.3.1 Giới thiệu phương pháp hệ số nhu cầu:

Theo phương pháp này thì phụ tải tính toán của nhóm hộ tiêu thụ được xác

S

.

Trong đó: Pđ - Tổng công suất đặt của nhóm hộ phụ tải.

Knc- Hệ số nhu cầu của nhóm hệ phụ tải (có thể tra được trong các tài liệu tra cứu, tương ứng với các nhóm thiết bị điển hình và giá trị của nó còn phụ thuộc vào hệ số sử dụng nữa).

tg ϕ - Tương ứng với Cos ϕ đặc trưng riêng của các hộ phụ tải thông số này cũng

có thể tra được trong các tài liệu chuyên môn.

2.3.2 Xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng trong nhà máy:

+)Xét kho củ cải đường:

-Công suất đặt : Pđ=350 kW

-Diện tích kho: F=11383,14 m2

Tra bảng PL1.3(TL1)với kho củ cải đường có

knc= 0,6; cos ϕ = 0,8;tg ϕ =0,75 Tra bảng PL1.7(TL1) ta có suất chiếu sáng p0 = 10 2

m

W , ở đây sử dụng bóng đèn sợi đốt nên cos ϕcs= 1

Các phân xưởng khác tính toán tương tự, kết quả tính toán ghi trong bảng 2.3:

2.4.Xác định phụ tải tính của toàn nhà máy

* Phụ tải tính toán tác dụng của toàn nhà máy:

*Hệ số công suất của toàn nhà máy:

ttnm nm ttnm

Bảng 2.3 Phụ tải tính toán các phân xưởng.

T

T Tên phân xưởng

Pđ(kW)

F(m2) Kcn cos

Po(W/m2)

Pđl(kW) (kW)Pcs (kW)Ptt (kVAr)Qtt (kVA)Stt (A)Itt tgϕ

1 Kho củ cải đường 350 11383,14 0,6 0,8 10 210 113,83 323,83 157,50 360,1 547,12 0,75

2 Phân xưởng thái vànấu củ cải đường 700 5392,01 0,7 0,8 15 490 80,88 570,88 367,5 678,94 1031,54 0,75

2.5.Xác định tâm phụ tải điện và vẽ bản đồ phụ tải

2.5.1.Tâm phụ tải điện

Tâm phụ tải điện là điểm thoả mãn điều kiện mô men phụ tải đạt giá trị cực

P với Pivà li là công suất và khoảng cách của phụ tải thứ i

Tâm qui ước của phụ tải xí nghiệp được xác định bởi một điểm M có toạ độ(theo hệ trục độ tuỳ chọn) được xác định bằng các biểu thức sau: M(x0, y0, z0)

S

.xS

n

i i i

S

y S

n

i i i

S

z S

1

1

.

Trong đó: Si - Phụ tải tính toán của phân xưởng i

xi, yi, zi - Toạ độ của phân xưởng i theo hệ trục toạ độ tuỳ chọn

m - Số phân xưởng có phụ tải điện trong xí nghiệp

Thực tế ta bỏ qua toạ độ z.Tâm phụ tải điện là vị trí tốt nhất để đặt các trạmbiến áp, trạm phân phối, tủ phân phối,tủ động lực nhằm mục đích tiết kiệm chi phícho dây dẫn và giảm tổn thất trên lưới điện

2.5.2.Biểu đồ phụ tải điện

Việc xác định biểu đồ phụ tải trên mặt bằng nhà máy có mục đích là để phânphối hợp lý các trạm biến áp trong phạm vi nhà máy,chọn các vị trí đặt máy biến ápsao cho đặt chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cao nhất

Biểu đồ phụ tải của mỗi phân xưởng là một vòng tròn có diện tích bằng phụ tảitính của phân xưởng đó theo một tỷ lệ lựa chọn.Nếu coi phụ tải mỗi phân xưởng là

đồng đều theo diện tích phân xưởng thì tâm vòng tròn phụ tải trùng với tâm củaphân xưởng đó

Mỗi vòng tròn biểu đồ phụ tải chia ra hai thành phần :

ì

360

Kết quả tính toán Ri vàαcsicủa biểu đồ phụ tải các phân xưởng được ghi trongbảng 2.4

Bảng 2.4 Bán kính và góc chiếu sáng của biểu đồ phụ tải

TT Tên phân xưởng Pcs

kW PkWtt SkVAtt Xmm Ymm Rmm cs0

1 Kho củ cải đường 113.8 323.83 360.1 30.2 13.4 6.2 126.5

2 Phân xưởng thái vànấu củ cải đường 80.88 570.88 678.94 73.2 13.4 8.5 51.0

10 Phụ tải điện cho thị trấn - 1500 1666.67 - - -

-Biểu đồ phụ tải của toàn nhà máy đường:

33.7 47.2 73.2 75.7 89.7 102.225.9

9 403.81

6 478.468

3 395.26

5 187.76

4 518.52

525.59 7

X Y

Từ bảng số liệu và công thức tính toán ở trên ta có tọa độ tâm phụ tải là

M(x0,y0)=( 65,73; 30)

Chương 3

Thiết kế mạng điện cao áp cho nhà máy

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

Ta dựa vào biểu thức kinh nghiệm:

U = 4,34 l+0,016P (kV)Trong đó:

P : là công suất tính toán của nhà máy(kW)

l : là khoảng cách từ trạm biến áp khu vực về nhà máy (km)

Các trạm biến áp được lựa chọn dựa trên nguyên tắc sau:

+ Vị trí đặt trạm biến áp trung gian hoặc trạm phân phối trung tâm phải thoả mãncác yêu cầu: gần tâm phụ tải; thuận tiện cho việc vận chuyển, lắp đặt, vận hành sữachữa, an toàn và kinh tế

+ Số lượng MBA đặt trong các trạm biến áp được lựa chọn căn cứ vào yêu cầucung cấp điện của phụ tải, điều kiện vận chuyển và lắp đặt, chế độ làm việc của phụtải

+ Trong mọi trường hợp TBA chỉ đặt 1 MBA sẽ là kinh tế và thuận lợi cho việcvận hành, nhưng độ tin cậy không cao Các TBA cung cấp cho hộ loại I và loại IInên đặt 2 MBA, hộ loại III có thể chỉ đặt 1 MBA

+ Để tránh việc làm cản trở tới quá trình sản xuất bên trong các phân xưởng; việcphòng cháy, nổ dễ dàng, thuận lợi, tiết kiệm về xây dựng, ít ảnh hưởng tới các côngtrình khác và việc làm mát tự nhiên được tốt hơn ta chọn vị trí trạm biến áp ở ngoài

n : là số máy biến áp có trong trạm biến áp.

khc : là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường, ta chọn loại máybiến áp chế tạo ở Việt Nam nên không cần hiệu chỉnh nhiệt độ khc=1

kqt : là hệ số quá tải sự cố

Với máy biến áp đặt trong nhà: kqt=1,3

Với máy biến áp đặt ngoài trời: kqt=1,4

nếu thoả mãn điều kiện MBA vận hành quá tải không quá 5 ngày đêm, thời gianquá tải trong một ngày đêm không vượt quá 6h và trước khi quá tải MBA vận hànhvới hệ số tải < 0,93

Đồng thời cũng cần hạn chế chủng loại MBA dùng trong nhà máy để tạo điềukiện thuận lợi cho việc mua sắm, lắp đặt vận hành, sữa chữa, thay thế

Các phương án cung cấp điện:

Trong đó các trạm B2, B3, B4, B5cấp điện cho các phân xưởng chính được xếpvào hộ loại I nên cần đặt hai máy biến áp vận hành song song Các trạm còn lại đặtmột máy

⇒ Chọn máy biến áp tiêu chuẩn có SdđB2= 400 kVA

Khi xảy ra sự cố một MBA, khả năng tải tối đa của một máy còn lại là :

Ssc= 1,3.SdđB2= 1,3.400 = 520 kvaLượng công suất phải cắt là:

Scăt = Stt- Ssc= 678,94 - 520 = 158,94 kvaDung lượng trạm B3:

-Chọn máy biến áp tiêu chuẩn có: SdđB3= 250 kVA

Khi xảy ra sự cố một MBA, khả năng tải tối đa của một máy còn lại là :

Ssc= 1,3.SdđB3= 1,3.250 = 325 kvaLượng công suất phải cắt là:

Scăt = Stt- Ssc = 395,26 - 325 = 70,26 kvaDung lượng trạm B4:

- Chọn máy biến áp tiêu chuẩn có: SdđB4 = 400 kVA

Khi xảy ra sự cố một MBA, khả năng tải tối đa của một máy còn lại là :

Ssc= 1,3.SdđB4= 1,3.400 = 520 kvaLượng công suất phải cắt là:

-Chọn máy biến áp tiêu chuẩn có SdđB5 = 560 kVA

Khi sự cố một máy biến áp do trạm B5 cấp điện cho phụ tải loại III là phânxưởng sửa chữa cơ khí nên khi sự cố ngừng cấp điện cho phụ tải này

Khi xảy ra sự cố một MBA, khả năng tải tối đa của một máy còn lại là:

Ssc= 1,3.SdđB5= 1,3.560 = 728 kva

+ B2cấp điện cho phụ tải 0,4 kV của kho than.

+ B3cấp điện cho phụ tải 0,4 kV của phân xưởng thái và nấu củ cải đường.+ B4cấp điện cho phụ tải 0,4 kV của bộ phận cô đặc

+ B5cấp điện cho phụ tải 0,4 kV của phân xưởng tinh chế và kho thành phẩm.+ B6 cấp điện cho phụ tải 0,4 kV của trạm bơm và phân xưởng sửa chữa cơkhí

Trong đó các trạm B3, B4, B5, B6 cấp điện cho các phân xưởng chính được xếpvào hộ loại I nên cần đặt hai máy biến áp vận hành song song Các trạm còn lại đặtmột máy

- Chọn máy biến áp tiêu chuẩn có SdđB3= 400 kVA

Khi xảy ra sự cố một MBA, khả năng tải tối đa của một máy còn lại là :

Ssc= 1,3.SdđB3= 1,3.400 = 520 kvaLượng công suất phải cắt là:

Scăt = Stt- Ssc= 678,94 - 520 = 158,94 kvaDung lượng trạm B4:

- Chọn máy biến áp tiêu chuẩn có: SdđB4= 250 kVA

Khi xảy ra sự cố một MBA, khả năng tải tối đa của một máy còn lại là :

Ssc= 1,3.SdđB4= 1,3.250 = 325 kvaLượng công suất phải cắt là:

Scăt = Stt- Ssc = 395,26 - 325 = 70,26 kvaDung lượng trạm B5:

- Chọn máy biến áp tiêu chuẩn có: SdđB5 = 400 kVA

Khi xảy ra sự cố một MBA, khả năng tải tối đa của một máy còn lại là :

Ssc= 1,3.SdđB5= 1,3.400 = 520 kvaLượng công suất phải cắt là:

Scăt = Stt- Ssc = 688,29 - 520 = 168,29 kvaKhi xảy ra sự cố một MBA do trạm B5 cấp điện cho phụ tải loại III là khothành phẩm nên khi sự cố phụ tải này bị ngừng cung cấp điện

-Chọn máy biến áp tiêu chuẩn có SdđB6 = 560 kVA

Khi sự cố một máy biến áp do trạm B6 cấp điện cho phụ tải loại III là phânxưởng sửa chữa cơ khí nên khi sự cố ngừng cấp điện cho phụ tải này

Khi xảy ra sự cố một MBA, khả năng tải tối đa của một máy còn lại là:

Ssc= 1,3.SdđB5= 1,3.560 = 728 kvaLượng công suất phải cắt là:

Scăt = Stt- Ssc= 1003,4 - 728 = 275,4 kva

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

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

đồ đắt và yêu cầu về trình độ vận hành phải cao nó chỉ phù hợp với nhà máy có phụtải rất lớn và các phân xưởng sản xuất tập trung nên ở đây ta không xét đến phương

án này

2 Phương án sử dụng trạm biến áp trung gian:

Nguồn điện 35 kV từ hệ thống về qua trạm biến áp trung gian được hạ xuống

điện áp 10 kV để cung cấp cho các trạm biến áp phân xưởng Nhờ vậy sẽ giảm

được vốn đầu tư cho mạng cao áp cho nhà máy cũng như trạm biến áp phân xưởng,vận hành thuận lợi hơn và độ tin cậy cung cấp điện cũng được cải thiện Song phải

đầu tư xây dựng trạm biến áp trung gian, gia tăng tổn thất trong mạng cao áp Nếu

sử dụng phương án này, vì nhà máy là hộ loại II nên trạm biến áp trung gian phải

đặt hai máy biến áp với công suất được chọn theo điều kiện:

n khc.SdđB ≥ Sttnm

⇒SdđB≥ Sttnm 4116,22 2058,11

Vậy chọn máy biến áp tiêu chuẩn SdđB= 2500 (kVA)

3 Phương án sử dụng trạm phân phối trung tâm:

Điện năng từ hệ thống cung cấp cho các trạm biến áp phân xưởng thông quaTPPTT

Nhờ vậy việc quản lý, vận hành mạng cao áp nhà máy sẽ thuận lợi hơn, tổn thấttrong mạng giảm, độ tin cậy về cung cấp điện được gia tăng, song vốn đầu tư trongmạng cũng lớn hơn Trong thực tế đây là phương án thường được sử dụng khi điện

áp nguồn không cao (≤35 kV) công suất các phân xưởng tương đối lớn

3.2 Xác định vị trí đặt trạm biến áp trung gian, trạm phân phối trung tâm:

Vị trí tốt nhất để đặt TBATG, TPPTT đó chính là tâm phụ tải

Theo tính toán ở trên ta tìm được tâm phụ tải là điểm M( 65,73; 30 )

3.3 Lựa chọn các phương án nối dây của mạng điện:

Nhà máy thuộc hộ loại II, nên đường dây từ trạm biến áp khu vực về trung tâmcung cấp (trạm BATG hoặc trạm PPTT ) của nhà máy sẽ dùng đường dây trênkhông lộ kép.

Mạng cao áp của các phân xưởng trong nhà máy sử dụng sơ đồ hình tia với trạmhai máy đặt lộ kép các trạm còn lại dùng lộ đơn Sơ đồ này có ưu điểm là sơ đồ nốidây rõ ràng, các trạm biến áp của các phân xưởng đều được cấp điện từ một đườngdây riêng nên ít ảnh hưởng lẫn nhau, độ tin cậy cung cấp điện tương đối cao, dễthực hiện biện pháp bảo vệ, tự động hoá và dễ vận hành Để đảm bảo mĩ quan và antoàn các đường dây trong nhà máy đều dùng dây cáp và đặt trong hào cáp xây dựngtheo các tuyến giao thông nội bộ Từ những phân tích trên có thể đưa ra bốnphương án thiết kế mạng cao áp như sau:

Phương án I :

.

ơng án 1 hư

P

8

5 B

B4 3 B B2

1 B

Phụ tải thị trấn

Nguồn điện

9

5

43

21

Phương án II :

4 B B3

5

67

9

Nguồn điện

Phụ tải thị trấn

B1

2 B

5 B

B68

Phương án 2.

Phương án III :

5

67

9

TPPTT

Nguồn điện

Phụ tải thị trấn

B5 B2

1 B

Phụ tải thị trấn

Nguồn điện

9

5

4 3

2 1

3

TPPTT

Trên cơ sở chọn được công suất MBA ở phần 2 và 3 ta có bảng kết quả sau:

Bảng III 1: Bảng kết quả chọn MBA của phương án 1.

106đ

Thànhtiền

106đTBATG 2500 35/10 3,3 21,5 6,5 0,8 2 279 558

Tổng vốn đầu tư cho trạm biến áp: KB= 1251,4.106đ

Các máy biến áp đều được sản xuất theo đơn đặt hàng tại công ty thiết bị điện

Đông anh nên không phải hiệu chỉnh nhiệt độ

+ Xác định tổn thất điện năng ∆A trong các trạm biến áp:

τ

∆Ρ+

.n

1t

ddB

tt N

Trong đó :

n : là số MBA vận hành song song

t : là thời gian MBA vận hành, với MBA vận hành suất năm t = 8760h

τ : là thời gian tổn thất công suất lớn nhất, nhà máy làm việc 3 ca có:

Tmax= 5500 h ( Với Tmax là thời gian sử dụng công suất cực đại),

ta tính được:

τ = (0,124 + 10-4.Tmax)2.8760 = 3979 h

∆P0, ∆PN: là tổn thất công suất không tải và tổn thất công suất ngắnmạch của MBA

Stt : là công suất tính toán của TBA

SdđB: là công suất danh định của MBA

Tính tổn thất điện năng cho trạm biến áp trung gian:

Ta có :

τ

∆Ρ+

.n

1t

ddB

tt N

0 = 2.3,3.8760 + 0,5.21,5.(4116, 22

2500 )2.3979

= 173773,68 (kWh)

Tính toán tương tự cho các trạm còn lại ta được kết quả như ở bảng sau:

Bảng III.2: Bảng kết quả chọn MBA của phương án 1.

+ Chọn cáp từ trạm biến áp trung gian về các trạm biến áp phân xưởng:

Cáp cao áp được chọn theo mật độ kinh tế của dòng điện jkt Đối với nhà máy

đường làm việc 3 ca, thời gian sử dụng công suất lớn nhất

Tmax= 5500 h sử dụng cáp lõi đồng tra sổ tay ta tìm được jkt= 2,7 A/mm2

Tiết diện kinh tế của cáp:

Fkt =

ktj

S.3.Trong đó:

n : là số mạch của đường dây

Sttpx: là công suất tính toán của phân xưởng

Kiểm tra tiết diện cáp đã chọn theo điều kiện phát nóng:

khc Icp≥Isc.Trong đó:

Isc: là dòng điện khi xảy ra sự cố đứt một cáp

khc= k1.k2

k1: là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ, lấy k1=1

k2: là hệ số hiệu chỉnh về số dây cáp cùng đặt trong một rãnh, khi cácrãnh đều đặt hai cáp, khoảng cách giữa các sợi cáp là 300 mm tra tài liệu “ Hệ

thống cung cấp điện cho xí nghiệp công nghiệp và nhà cao tầng” ta tìm được k2 =0,93.

Vì chiều dài cáp từ TBATG đến cáp trạm biến áp phân xưởng nhỏ nên ta khôngcần kiểm tra lại theo điều kiện ∆Ucp

S.3 = 763, 06 44, 05

3.10 = (A)Tiết diện kinh tế của cáp:

Fkt =

ktj

Imax

=44, 05 16, 31

2, 7 = mm2Chọn cáp tiêu chuẩn có F = 16 mm2 cáp đồng 3 lõi 10 kV cách điện XLPE, đaithép, vỏ PVC do hãng FURKAWA (Nhật) chế tạo có

S.3

Ta sử dụng 2 cáp đồng hạ áp loại 3*95+50 cáp đồng hạ áp 4 lõi cách điện PVC

do hãng LENS chế tạo có I = 301 A > Imax/2

S.3

S.3 = 395, 26 11, 41

2 3.10 = (A)Tiết diện kinh tế của cáp: