Giáo trình cung cấp điện_Chương 6_Cung cấp điện cho các xí nghiệp công nghiệp docx

Sơ đồ mạng điện phân phối cung cấp cho các xí nghiệp công nghiệp Trong sơ đồ hình tia hình 6.1 các trạm biến áp được cung cấp bởi các đường dây độc lập.. Ở chế độ làm việc bình thườn

Ch.6 CCĐCN 161

Chương 6

Cung cấp điện cho các xí nghiệp công nghiệp

Trong vài thập niên trở lại đây với việc áp dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật, rất nhiều ngành sản xuất công nghiệp đã có những thay đổi rất đáng kể Các xí nghiệp công nghiệp lớn luôn có xu hướng phát triển nâng cao khối lượng sản phẩm, nhưng sự phát triển này phụ thuộc nhiều vào tính cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường trong nước cũng như ở nước ngoài Rất nhiều quy trình công nghệ, thiết bị lạc hậu, lỗi thời, được thay thế bằng các công nghệ, thiết bị tiên tiến, hiện đại Các thiết bị công nghệ mới được áp dụng đòi hỏi yêu cầu về chất lượng và độ tin cậy cung cấp điện hết sức nghiêm ngặt Điều đó đòi hỏi quá trình tính toán thiết kế hệ thống cung cấp điện cũng phải có những thay đổi phù hợp Nội dung của chương này sẽ giới thiệu những nét đặc trưng nhất của

hệ thống cung cấp điện công nghiệp

6.1 Phụ tải điện công nghiệp

6.1.1 Các thiết bị tiêu thụ điện trong công nghiệp

6.1.1.1 Phân loại các thiết bị điện công nghiệp

Tất cả các thiết bị điện công nghiệp được phân loại theo các đặc điểm vận hành – kỹ thuật cơ bản sau: thiết bị sản xuất; điều khiển sản xuất; chế độ dùng điện; công suất và điện áp; loại dòng điện; mức độ tin cậy cung cấp điện v.v

a) Theo cấp điện áp tất cả các thiết bị điện được phân thành hai loại: thiết bị

hạ áp (có U  1000 V) và thiết bị cao áp (U > 1000 V)

b) Theo loại dòng điện các thiết bị được phân thành:

- Thiết bị làm việc ở mạng điện xoay chiều tần số công nghiệp (50 Hz);

- Thiết bị làm việc ở mạng điện tần số cao hoặc thấp;

- Thiết bị làm việc ở mạng điện một chiều

c) Theo chế độ làm việc các thiết bị được phân thành:

- Thiết bị làm việc với chế độ dài hạn: Các thiết bị này có phụ tải không thay đổi hoặc ít thay đổi trong suốt thời gian làm việc như động cơ các máy bơm, máy quạt v.v

- Thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn: Các thiết bị chỉ làm việc trong khoảng thời gian ngắn chưa đủ để nhiệt độ tăng lên đến giá trị xác lập, ví dụ như máy cắt kim loại, máy trộn v.v

- Thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại: trong trường hợp này các thiết bị làm việc theo chế độ luân phiên: đóng, cắt thời gian gian của toàn bộ chu trình không vượt quá 10 phút, ví dụ máy nâng hạ, máy hàn, thang máy v.v

d) Theo dạng năng lượng biến đổi các thiết bị công nghiệp được phân thành

các nhóm: động lực, chiếu sáng, tạo nhiệt v.v

6.1.1.2 Đặc điểm kỹ thuật của các thiết bị điện công nghiệp

a) Thiết bị động lực

Thiết bị động lực trong công nghiệp chiếm tỷ lệ rất lớn Phụ thuộc vào đặc điểm của các quá trình công nghệ các động cơ điện có thể là động cơ điện xoay chiều (không đồng bộ, hoặc động cơ đồng bộ), động cơ điện một chiều với các gam công suất khác nhau Điện áp định mức của các động cơ xoay chiều ba pha chủ yếu là 0,38; 0,66; 3; 6 hoặc 10 kV Gam công suất phổ biến

là 0,1350; 1600; 1001000; 201000 và trên 1000 kW Các động cơ điện một chiều thường sử dụng điện áp 220 hoặc 440 V công suất từ 0,3329 kW

b) Thiết bị tạo nhiệt

Thiết bị tạo nhiệt chủ yếu là các lò điện và các cơ cấu chuyển đổi điện năng thành nhiệt năng thường làm việc theo các nguyên lý: điện trở, cảm ứng,

hồ quang và nguyên lý hổn hợp

Các lò nhiệt điện trở thường được cung cấp bởi mạng điện 380/220V

tần số công nghiệp 50Hz Tồn tại loại lò điện một pha hoặc ba pha công suất

Ch.6 CCĐCN 163

từ vài chục đến hàng ngàn kW Hệ số công suất của các thiết bị này khá cao (sấp sỉ 1, đối với lò gián tiếp và 0,7  0,9 đối với lò trực tiếp)

Các lò điện cảm ứng được chế tạo có hoặc không có lõi thép Loại lò

cảm ứng có lõi thép làm việc với tần số công nghiệp , điện áp 380/220 V hoặc cao hơn, phụ thuộc vào công suất Chúng có thể là thiết bị một, hai hoặc ba pha công suất đến 2000 kVA Hệ số công suất của các loại thiết bị này dao động trong phạm vi rộng: cos = 0,2  0,8

Các lò điện cảm ứng không lõi thép được chế tạo để làm việc với tần số công nghiệp hoặc với tần số cao từ 500 Hz đến 40 Mz Các thiết bị này được

cung cấp bởi mạng điện xoay chiều tần số công nghiệp Hệ số công suất của

thiết bị tương đối thấp (0,06  0,25)

Các lò điện hồ quang, theo nguyên lý đốt nóng được phân thành các

thiết bị đốt nóng trực tiếp, gián tiếp hoặc hỗn hợp

Ở lò hồ quang đốt nóng trực tiếp, kim loại được làm chảy bởi nhiệt năng tao ra giữa điện cực với chính kim loại xử lý Loại lò này được cung cấp bởi mạng điện xoay chiều 6 110 kV qua máy hạ áp Hệ số công suất có giá trị trong khoảng 0,8  0,6

Ở loại lò hồ quang đốt nóng gián tiếp, kim loại được làm chảy bởi nhiệt năng sinh ra giữa các điện cực của thiết bị Công suất của loại lò này không lớn lắm Lò được cung cấp bởi mạng điện tần số công nghiệp qua máy biến áp đặc biệt

Ở loại lò hổn hợp, kim loại được làm nóng bởi nhiệt năng sinh ra do dòng điện đi qua chất liệu và cả do hồ quang Lò hổn hợp được cung cấp bởi mạng điện xoay chiều tần số công nghiệp qua máy hạ áp Công suất lò cỡ vài tăm kW, hệ số công suất 0,85  0,92

Thiết bị hàn điện làm việc với dòng điện xoay chiều hoặc dòng một

chiều Thiết bị hàn điện xoay chiều được cung cấp bởi máy biến áp 380/220 V hoặc cao hơn Công suất của máy biến áp hàn dao động từ vài chục đến vài trăm kVA Hệ số công suất của các thiết bị này tương đối thấp (0,3  0,35 đối

với máy hàn hồ quang và 0,4  0,7 đối với máy hàn điểm) Các thiết bị hàn điện một chiều được cung cấp bởi cơ cấu chỉnh lưu biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng một chiều Hệ số công suất của thiết bị này ở chế độ làm việc khoảng 0,7  0,8 và ở chế độ không tải là 0,4

Các thiết bị chiếu sáng dùng trong công nghiệp chủ yếu là đèn sợi đốt

và đèn phóng điện Các loại đèn công nghiệp đều là thiết bị một pha công suất

100  1000 W với điện áp 127  220 V Hệ số công suất của đèn sợi đốt là 1

và của các đèn phóng điện là 0,6  0,7, tuy nhiên hầu hết các đèn phóng điện đều được mắc kèm theo các tụ bù nên hệ số công suất của mạng điện chiếu sáng thường đạt đến giá trị 0,9  0,96

6.1.2 Xác định phụ tải diện công nghiệp

Các phương pháp tính toán phụ tải điện công nghiệp được trình bày ở chương 2 Để xác định phụ tải tổng hợp của xí nghiệp trước hết cần thu thập

số liệu về các thiết bị Bước đầu tiên của bài toán xác định phụ tải là tiến hành phân nhóm theo các đặc tính tiêu thụ điện của các thiết bị Trước khi tính toán chi tiết có thể áp dụng thử một vài phương pháp để lựa chọn phương pháp phù hợp nhất Thực tế cho thấy đối với phụ tải điện công nghiệp, bài toán xác định phụ tải hiệu quả nhất là áp dụng phương pháp hệ số nhu cầu Phụ tải tính toán của nhóm thiết bị có cùng chế độ làm việc được tính theo biểu thức :

knc- hệ số nhu cầu xác định theo biểu thức (2.35):

ksd - hệ số sử dụng tổng hợp của nhóm tải, được xác định theo biểu thức (2.31):

Bài toán tổng hợp phụ tải giữa các nhóm có thể được thực hiện theo 2 phương pháp, tuỳ thuộc vào đặc điểm của các nhóm:

a, Phương pháp số gia: Phương pháp này được áp dụng khi các nhóm phụ tải

có các tính chất khác nhau Bảng số gia được xây dựng trên cơ sở phân tích,

Ch.6 CCĐCN 165

tính toán của hệ số đồng thời và hệ số sử dụng (cho sẵn trong các sổ tay thiết kế) Phụ tải tổng hợp của 2 nhóm xác định theo phương pháp số gia rất đơn giản và cho kết quả khá chính xác (xem mục 2.3 chương 2) Cần lưu ý là phụ tải tổng hợp của hai nhóm phải được xác định ở cùng một thời điểm

b, Phương pháp tổng hợp tải theo hệ số nhu cầu

Nếu các nhóm thụ điện có cùng tính chất, thì có thể coi mỗi nhóm là một hộ dùng điện với hệ số sử dụng tổng hợp của nhóm, lúc đó công suất tổng hợp của các nhóm được xác định theo hệ số nhu cầu:





i i ch

k P

ch sd nh nc

.

6.2 Sơ đồ mạng điện phân phối cung cấp cho các xí nghiệp công nghiệp

Trong sơ đồ hình tia (hình 6.1)

các trạm biến áp được cung cấp bởi các

đường dây độc lập Các trạm phân phối

(TPP) có thể được bố trí phụ thuộc vào vị

trí, số lượng và công suất của các trạm

biến áp Đôi khi các trạm phân phối được

xây dựng chung trong trạm biến áp phân

xưởng Các trạm biến áp phân xưởng

được cung cấp điện từ thanh cái chính

(TCC), được xây dựng với hai phân đoạn

(TCC1 và TCC2) Ở chế độ làm việc bình

thường mỗi trạm biến áp phân xưởng

được cung cấp từ một phân đoạn TCC,

khi xẩy ra sự cố mất điện hoặc sửa chữa,

thì các máy cắt liên lạc (MCL) sẽ đóng

mạch để cấp điện từ phân đoạn thanh cái

kia Như vậy ở chế độ bình thường các

máy cắt liên lạc sẽ luôn ở trạng thái mở

và chúng chỉ được đưa vào hoạt động khi

có tín hiệu đóng dự phòng Các phụ tải

loại 3 được cung cấp điện từ trạm phân

phối 3, nơi không có nguồn dự phòng Sơ

đồ hình tia có độ tin cậy cung cấp điện

6.2.2 Sơ đồ hình tia với nguồn dự phòng từ đường cáp đi qua

Sơ đồ hình tia dự phòng bằng đường dây cáp đi qua thường được áp dụng đối với phụ tải loại hai Tiết diện dây cáp được chọn ứng với công suất lớn nhất trong số các trạm biến áp phân xưởng Khi có sự cố mất điện ở một trong các trạm biến áp, thì người vận hành sẽ đóng cầu dao dự phòng nối với đường cáp (đường chấm chấm trên sơ đồ hình 6.2 ) Sơ đồ này thường áp dụng đối với phụ tải loại I, khi yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện cao

Ch.6 CCĐCN 167

6.2.3 Sơ đồ đường trục phân nhánh

Khác với sơ đồ hình tia, sơ đồ đường trục phân nhánh cung cấp điện cho các trạm biến áp phân xưởng bằng các nhánh rẽ (hình 6.3) Điện năng truyền tải theo đường trục lấy từ thanh cái của trạm biến áp trung gian và phân phối cho các trạm biến áp Như vậy sơ đồ cho phép tiết kiệm được các thiết bị

và đường dây phân phối, tuy nhiên độ tin cậy cung cấp điện bị giảm Để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện người ta bố trí dự phòng từ phía hạ áp của các trạm biến áp được cung cấp điện bởi các đường trục khác nhau (hình 6.4)

Hình 6.3 Sơ đồ đường trục phân

nhánh không có đường dây dự phòng

Hình 6.2 Sơ đồ hình tia có đường dây dự phòng

6.2.4 Sơ đồ cung cấp điện bởi các đường trục

đơn với đường trục dự phòng chung

Trên hình 6 4 biểu thị sơ đồ cung cấp

điện bởi các đường trục đơn với đường trục dự

phòng chung Ở chế độ bình thường nhóm các

máy biến áp phân xưởng được cung cấp từ các

đường trục làm việc, khi có sự cố xẩy ra đối với

một trong các đường trục, thì đoạn dây sự cố sẽ

bị cắt ra và sự cung cấp điện cho phụ tải được

thực hiện bởi đường trục dự phòng.

TBA5 TBA6 TBA7 TBA8

Hình 6.4 Sơ đồ cung cấp điện bởi các

đường trục đơn với đường dây dự

phòng phía hạ áp

Ch.6 CCĐCN 169

Nhược điểm cơ bản của sơ đồ này là đường dây dự phòng không được

sử dụng cho việc truyền tải điện năng ở chế độ bình thường, do đó gây lãng phí

6.2.5 Sơ đồ cung cấp điện bởi đường trục mạch vòng

Sơ đồ mạch vòng (hình 6.6) thường được áp dụng cung cấp điện cho các hộ phụ tải loại 2 Các máy biến áp phân xưởng được cung cấp điện bởi đường trục khép kin Mỗi đầu đường trục được cấp điện từ các phân đoạn độc lập Trong thực tế thường sơ đồ mạch vòng làm việc theo chế độ vận hành hở, tức là máy cắt liên lạc luôn ở trạng thái mở và chỉ đóng khi có sự

6.3 Mạng điện phân xưởng

Trong các xí nghiệp công nghiệp đại đa số các thiết bị tiêu thụ điện được cấp điện từ mạng hạ áp Mạng điện ngoại trời ở đây thường được áp dụng rất hạn chế, chủ yếu là mạng chiếu sáng bên ngoài và một số ít các thiết

bị nằm rải rác trên lãnh thổ Phần lớn mạng điện hạ áp của các xí nghiệp công nghiệp được xây dựng trong các nhà xưởng vì vậy thường các mạng điện này được gọi là mạng điện phân xưởng

Cung cấp điện cho mạng điện phân xưởng được thực hiện từ các trạm biến áp với cấp điện áp thứ cấp là 380 hoặc 660 V Cấu trúc chủ yếu của mạng điện phân xưởng là hệ thống ba pha bốn dây với trung tính nối đất Phần lớn

Hình 6.6 Sơ đồ cung cấp điện bởi đường trục mạch vòng

Ch.6 CCĐCN 171

các thiết bị công suất lớn, công suất đến 500 kW, thay cho cấp điện áp 380V người ta thường áp dụng cấp điện áp 660 V Các thiết bị chiếu sáng được cấp điện từ lưới 380/220V

6.3.1 Sơ đồ động lực của mạng điện phân xưởng

Có rất nhiều nhân tố ảnh hưởng đến bài toán lựa chọn sơ đồ động lực của mạng điện phân xưởng như: công suất đặt của các thiết bị, sự phân bố của phụ tải trên diện tích mặt bằng phân xưởng, quy trình công nghệ sản xuất, v.v Các yêu cầu cơ bản của mạng điện phân xưởng là:

- Đảm bảo cung cấp điện tin cậy và chất lượng cho các phụ tải;

- Thuận tiện và an toàn trong vận hành và sửa chữa;

- Đáp ứng được các yêu cầu về đặc điểm môi trường;

- Có khả năng phát triển mở rộng;

- Áp dụng các thiết bị và công nghệ tiên tiến;

- Chi phí tối thiểu, v.v

Sơ đồ mạng điện phân xưởng có thể được thực hiện theo kiểu hình tia, kiểu đường trục hoặc kết hợp

6.3.1.1 Sơ đồ hình tia

Sơ đồ hình tia là loại sơ đồ mà mỗi thiết bị hoặc nhóm thiết bị được cung cấp bởi đường dây độc lập Sơ đồ hình tia có thể được xây dựng kiểu một cấp (hình 6.7a) khi các thiết bị được cấp điện trực tiếp từ thanh cái trạm biến áp, hoặc kiểu nhiều cấp, khi các thiết bị được cung cấp gián tiếp qua các tủ phân phối (hình 6.7b)

Ưu điểm cơ bản của sơ đồ hình tia là:

- Độ tin cậy cung cấp điện cao (sự cố xẩy ra ở một đường dây không làm ảnh hưởng đến sự cung cấp điện của các thiết bị được cung cấp từ các đường dây khác);

- Dễ dàng áp dụng các phương tiện tự động điều khiển và bảo vệ

Nhược điểm của sơ đồ hình tia là:

- Chi phí cao do phải sử dụng khối lượng dây dẫn lớn, cần nhiều thiết bị bảo vệ;

- Chiếm nhiều diện tích;

- Độ cơ động không cao khi có sự thay đổi công nghệ sản xuất

Sơ đồ hình tia được áp dụng trong các trường hợp:

a) Các phụ tải tập trung công suất lớn (trạm bơm, trạm khí nén, lò nung v.v.);

b) Các phụ tải quan trọng đòi hỏi độ tin cậy cung cấp điện cao (thiết bị lò luyện thép, hóa chất, chế biến dầu v.v.);

c) Các động cơ công suất thấp lấy điện từ tủ phân phối;

d) Các thiết bị thuộc các phân xưởng có nguy cơ cháy nổ và môi trường nguy hiểm cao (sản xuất dầu khí, than kốc, phân xưởng nấu chảy v.v.)

6.3.1.2 Sơ đồ đường trục

Sơ đồ đường trục (hình 6.8) là loại sơ đồ mà tại điểm bất kỳ dọc tuyến

có thể đấu nối đến các thiết bị tiêu thụ Mạng điện đường trục cho phép rút ngắn khoảng cách từ nguồn đến các hộ dùng điện, vì vậy giảm tổn thất và chi phí tính toán

Hình 6.7 Sơ đồ hình tia cung cấp điện cho các thiết bị hạ áp:

a) Sơ đồ một cấp; b) Sơ đồ hai cấp; 1 – tủ phân phối TBA; 2 – tủ phân phối động

lực; 3 – thiết bị tiêu thụ điện

M M

a)

1

3 3

b)

M

M M

M M

M M

3

3 1

2

3

3 2

3 3 2

Ch.6 CCĐCN 173

Ưu điểm cơ bản của sư đường trục là:

- Đơn giản hóa kết cấu của trạm biến áp;

- Tính linh động và đa năng của mạng điện, cho phép thay đổi vị trí của các thiết bị dễ dàng khi công nghệ sản xuất thay đổi

Nhược điểm cơ bản là:

- Độ tin cậy cung cấp điện không cao, vì khi xẩy ra sự cố ở bất kỳ thiết

bị nào cũng có thể dẫn đến sự ngừng điện của các thiết bị khác mắc chung trên đường trục;

- Có thể dẫn đến sự lãng phí kim loại trong trường hợp chọn tiết diện không đổi của đường trục

Sơ đồ đường trục thường được áp dụng trong các trường hợp:

- Phụ tải phân bố đều trên mặt bằng phân xưởng (chế tạo máy, chết ạo khí cụ v.v.);

- Có sự liện hệ công nghệ giữa các thiết bị, khi một trong các thiết bị tắt máy đòi hỏi các thiết bị khác cũng ngừng theo (phân xưởng cán thép, phân xưởng lắp ráp v.v.);

- Sự phân bố đối xứng của các cơ cấu thiết bị dọc theo chiều dài phân xưởng

6.3.1.3 Sơ đồ hổn hợp

Để tận dụng các ưu điểm và hạn chế nhược điểm của cả hai loại sơ đồ trên, mạng điện phân xưởng thường được xây dựng theo sơ đồ hổn hợp (hình 6.9) bao gồm một phần sơ đồ hình tia và một phần đường trục Tùy theo quy trình công nghệ mà tỷ lệ của các mạng điện được phân bố phù hợp Sơ đồ đường trục được xây dựng với nhiều cấu trúc khác nhau phụ thuộc vào sự

Hình 6.8 Sơ đồ đường trục cung cấp điện cho các thiết bị phân xưởng

phân bố của phụ tải Hình 6.9a áp dụng đối với phân xưởng có phụ tải phân bố phân tán; hình 6.9b áp dụng cho phân xưởng có phụ tải tập trung theo từng nhóm Trong một số trường hợp đối với các phụ tải kém quan trọng hoặc phụ tải ở xa tủ phân phối, thì có thể áp dụng sơ đồ dạng chuỗi (hình 6.9d) Ở sơ đồ này chỉ nên áp dụng không quá 34 thiết bị cho mỗi chuỗi

6.3.2 Mạng điện chiếu sáng

Mạng điện chiếu sáng xí nghiệp có dặc điểm là chiều dài lớn Mạng điện chiếu sáng được xây dựng độc lập với mạng điện động lực, thêm vào đó, mạng điện chiếu sáng ngoài trời và mạng điện chiếu sáng trong nhà cũng độc lập với nhau Nguyên nhân cơ bản của yêu cầu độc lập giữa mạng điện chiếu sáng và mạng điện động lực là để loại trừ sự ảnh hưởng của sự dao động điện

áp khi mở máy của mạng điện động lực Đặc điểm của mạng điện chiếu sáng

là sự hiện diện của chiếu sáng làm việc và chiếu sáng sự cố

Hình 6.9 Sơ đồ hổn hợp:

a) cho phụ tải phân tán; b) cho phụ tải tập trung; c) khối máy biến áp – đường trục; d) sơ đồ chuỗi; 1 – tủ phân phối trạm biến áp; 2 – tủ phân phối động lực; 3 – hộ dùng điện; 4 – đường trục; 5 – điểm kết nối

2

3 a)

1

4 3

4 4

3 3

c)

4

5 3

b)

4

2 3

1

Ch.6 CCĐCN 175

Sơ đồ nguyên lý của mạng điện chiếu sáng làm việc được thể hiện trên hình 6.10 Mỗi đường dây cung cấp cho một hoặc vài nhóm thiết bị chiếu sáng Nếu phân xưởng được cung cấp điện từ trạm biến áp trong nhà theo sơ

đồ khối máy biến áp – đường trục, thì mạch chiếu sáng sẽ được lấy điện từ đường trục chính (hình 6.10b)

Cung cấp điện cho mạch chiếu sáng sự cố cũng được thực hiện tương tự như mạch chiếu sáng làm việc Để giảm chiều dài của mạng điện chiếu sáng

sự có, cho phép lấy điện từ mạng động lực (hình 6.11) Nếu trong phân xưởng

có nhiều hơn một trạm biến áp thì mạch chiếu sáng sự cố được cung cấp theo

Hình 6.10 Sơ đồ cung cấp cho mạch chiếu sáng làm việc: a) Từ tủ phân phối trạm biến áp;

b) Từ đường trục cung cấp; 1 – Tủ phân phối; 2 – Xuất tuyến đường dây động lực; 3 – Tủ

phân phối chiếu sáng; 4 – Bảng điện của nhóm chiếu sáng; 5 – Đường trục cung cấp

1 2

a) 6

Hình 6.11 Sơ đồ cung cấp cho mạch

3 – Bảng phân phối chiếu sáng;

4 – Bảng điện của nhóm chiếu sáng;

5 – Đường trục;

6 – Bảng chiếu sáng sự cố

5

6 6

5

3 3

4 4

4 b)

Mạng điện chiếu sáng có thể được thực hiện theo phương án một, hai hoặc ba pha tùy thuộc vào số lượng bóng đèn và chiều dài của mạch chiếu sáng, tuy nhiên, mỗi mạch không nên quá 20 bóng đèn Mạch chiếu sáng được điều khiển bởi aptomat hoặc cầu dao chiếu sáng.

6.3.3 Lắp đặt mạng điện phân xưởng

Các phương án lắp đặt mạng điện phân xưởng thường được áp dụng là

đi dây trong máng, hộp hoặc ống dẫn treo hoặc gá trên tường, trần, hãn hữu cũng gặp trường hợp đi dây trên puly (sứ) Dưới đây sẽ giới thiệu một số sơ đồ lắp ráp đường dây của mạng điện phân xưởng

a Phương án lắp đặt dây hở

Phương pháp lắp đặt dây hở áp dụng trong các phân xưởng có thể thực hiện trong ống dẫn, máng tạo thành giữa các cấu kiện xây dựng nhà xưởng Một trong những thành phần quan trọng nhất ở đây là cách điện làm bằng cao

xu hoặc nhựa polychlovinyle

Trên hình 6.12 biểu thị sơ đồ đi dây hở: Dây dẫn được lắp đặt trong máng, gắn theo cột (hình 6.12a), dọc theo tường (hình 6.12b), hoặc treo trên các sợi cáp bằng thép (hình 6.12c)

Ch.6 CCĐCN 177

b Phương án lắp đặt dây kín

Một trong các phương pháp lắp đặt dây dẫn của mạng điện phân xưởng được áp dụng khá phổ biến là đi dây trong các ống dẫn, trong hộp Hộp dẫn được làm bằng nhựa tổng hợp polychlovinyle treo bằng các sợi cáp bằng thep (hình 6.13a) hoặc gá trên tường bằng bu lông (hình 6.13b) Các dây dẫn được đặt cách ly với nhau trong hộp bởi các chất độn cách điện

b) 2

Hình 6.14 Phương pháp lắp đặt

cáp trong rãnh: 1 – Giá đỡ;

2 – Cáp điện; 3 – Nắp tháo được

Hình 6.15 Đường dây modul của mạng điện phân

xưởng: 1 – Thiết bị điều khiển đóng cắt; 2 – Hộp nối;

3 – Đơn nguyên ống; 4 – Hộp phân phối; 5 – Nút giữ

Ch.6 CCĐCN 179

Cáp điện cũng có thể được lắp đặt trong hào hoặc rãnh (hình 6.14) Các sợi cáp được đặt trên các giá đỡ theo hàng dọc hoặc hàng ngang Rãnh cáp được xây dựng với nắp đậy có thể thao ra dễ dàng để đảm bảo thiuaanj tiện cho quá trình vận hành và sửa chữa đường dây Trong mọi trường hợp rãnh cáp cần có một độ thông thoáng nhất định

Một trong các phương án được áp dụng khá phổ biến là áp dụng mạng module Đó là cách đi dây dưới trần trong ống dẫn với các hộp phân phối (hình 6.15) Sở dĩ nó được gọi là mạng modul vì các hộp nối được thiết kế sẵn với bước (module) xác định khoảng 1,56 m phụ thuộc vào đặc điểm công nghệ của dây chuyền sản xuất và kích thước của các thiết bị Đường trục modul được thiết kế với dòng cực đại là 100 A Mạng modul thường được áp dụng cho các phân xưởng chế tạo máy, chế tạo khí cụ điện, thiết bị điện tử và các ngành tương tự

Ưu điểm cơ bản của mạng module là độc lập đối với sự phân bố thiết bị công nghệ

6.4 Trạm biến áp phân xưởng

Trạm biến áp phân xưởng có nhiệm vụ tiếp nhận và biến đổi điện năng

từ mạng điện phân phối sang cấp điện áp phù hợp Trạm biến áp phân xưởng thường được xây dựng theo kiểu hợp bộ (hình 6.16a) hoặc trong nhà (6.16b)

Gió lạnh

Gió nóng

MB

Hố dầu H

6.4.1 Điều kiện làm việc của trạm biến áp

Để đảm bảo máy biến áp làm việc ổn định, nhiệt độ môi trường phải luôn được duy trì ở mức thích hợp Để giảm nhiệt độ trong buồng máy biến áp cần phải tạo sự thông thoáng tự nhiên cho nhà trạm, muốn vậy cần phải xây dựng các cửa sổ dưới và cửa sổ trên Kích thước của các cửa sổ được xác định phụ thuộc vào công suất của máy biến áp, chính xác hơn là phụ thuộc vào lượng tổn thất trong máy biến áp Diện tích cửa sổ trên thường lớn hơn diện tích cửa sổ dưới khoảng 1020%, tức là: Ftr = (1,11,2).Fduoi

Diện tích của sổ dưới có thể xác định theo biểu thức:

2 , 18 , 0

m H

P0vàPk - tổn thất không tải và tổn thất ngắn mạch của máy biến áp, kW;

H – chiều cao từ tâm cửa sổ dưới đến tâm cửa sổ trên, m

Biểu thức (6.6) áp dụng đối với các khu vực có nhiệt độ trung bình của môi trường là 200C Khi nhiệt độ môi trường xung quanh quá 20 0C, thì cần phải tăng cường sự thông thoáng bằng quạt cưỡng bức Sơ đồ thông thoáng tự nhiên trạm biến áp phân xưởng được thể hiện trên hình 6.16

6.4.2 Lựa chọn vị trí đăt trạm biến áp phân xưởng

Vị trí trạm biến áp phân phối quyết định bởi chi phí đầu tư trạm biến áp phân phối, các đường trục hạ áp Ngoài ra nó còn bị giới hạn bởi nhiều yếu tố

Hình 6.16 Trạm biến áp phân xưởng

a) Trạm biến áp hợp bộ; b) Sơ đồ thông thoáng trạm biến áp:

Ch.6 CCĐCN 181

trạm, cần phải thỏa mãn các quy tắc sau:

- Vị trí của trạm càng gần tâm phụ tải của khu vực được cung cấp điện càng tốt

- Vị trí trạm phải bảo đảm đủ chỗ và thuận tiện cho các tuyến dây đưa điện đến trạm cũng như các phát tuyến từ trạm đi ra, đồng thời phải đáp ứng được cho sự phát triển tương lai

- Vị trí trạm được chọn phải phù hợp với quy hoạch của xí nghiệp và các vùng lân cận

- Vị trí của trạm phải bảo đảm các điều kiện khác như cảnh quan môi trường, có khả năng điều chỉnh cải tạo thích hợp, đáp ứng được khi khẩn cấp v.v

- Vị trí của trạm biến áp được lựa chọn sao cho tổng tổn thất trên các đường dây là nhỏ nhất

Thường để thuận tiện cho việc lựa chọn vị trí đặt trạm biểu đồ phụ tải dưới dạng các hình tròn trên mặt bằng xí nghiệp được thiết lập (hình 6.17) Trên biểu đồ này công suất tính toán của các điểm tải tỷ lệ với diện tích hình tròn bán kính r, được xác định theo biểu thức:

Pi – công suất tính toán của điểm tải thứ i;

m – tỷ lệ xích, có thể lấy giá trị bất kỳ, sao cho các hình vẽ tương xứng,

dễ quan sát

Biểu đồ phụ tải trên mặt bằng xí nghiệp gồm 5 phân xưởng được thể hiện trên hình 6.17, các đường chấm chấm biểu thị các phân xưởng sẽ được phát triển

mở rộng trong tương lai

Dựa trên một số cơ sở của cơ học lý thuyết cho phép ta xác định tâm phụ tải khu dân cư với độ chính xác cao hay thấp tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể Nếu coi phụ tải phân bố đều trên diện tích khu vực, thì tâm phụ tải khu vực có thể coi như trùng với trọng tâm hình học của hình, biểu thị khu vực đó trên mặt bằng Nếu căn cứ vào phân bố thực tế của phụ tải sẽ không trùng với

trọng tâm hình học của khu vực và việc tìm tâm phụ tải là xác định trọng tâm của khối Vị trí của trạm biến áp được xác định theo các phương pháp như đã trình bày ở chương 3

* Phương thức lắp đặt trạm biến áp

Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể, các trạm biến áp phân xưởng có thể lắp đặt theo các phương thức khác nhau (hình 6.18) như: lắp đặt bên trong nhà xưởng (1), gắn vào tường phía trong (2), gắn vào tường phía ngoài (3), đặt độc lập bên ngoài (4), đặt trên mái, hoặc dưới tầng hầm

Hình 6.17 Biểu đồ phụ tải trên mặt bằng xí nghiệp

Ch.6 CCĐCN 183

1 Trạm biến áp đặt bên trong nhà xưởng cho phép tiết kiệm được dây dẫn của mạng điện hạ áp, tuy nhiên trạm biến áp sẽ chiếm diện tích và có thể gây cản trở cho việc lắp đặt các thiết bị của các công đoạn sản xuất Phương thức này thường áp dụng cho các phân xưởng rộng với nhiều gian

2 Phương thức lắp đặt trạm biến áp kín hoặc hở ngay sát tường bên trong nhà thường được áp dụng cho các phân xưởng có chiều rộng không lớn (một, hai hoặc ba gian), hoặc khi không thể tìm được vị trí bên trong phù hợp

3 Phương thức lắp đặt bên ngoài nhà ngay sát tường thường được áp dụng nhiều, tuy nhiên trong trường hợp này cần xét đến tính mỹ quan và điều kiện kiến trúc

4 Trạm biến áp lắp đặt độc lập bên ngoài được áp dụng trong các trường hợp không thể tìm được vị trí thích hợp bên trong hoặc cạnh phân xưởng Sơ đồ lắp đặt này sẽ làm tăng chi phí dây dẫn của mạng hạ áp

5 Trong trường hợp điều kiện kiến trúc và an toàn cho phép, các trạm biến áp có thể lắp đặt trên mái nhà xưởng

6 Hiện nay cùng với việc áp dụng các trạm biến áp hợp bộ, nhiều xí nghiệp áp dụng phương thức đặt trạm biến áp dưới tầng hầm Điều đó cho phép tiết kiệm diện tích nhà xưởng và đảm bảo mỹ quan, an toàn

6.5 Độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện công nghiệp

Cùng với sự phát triển không ngừng của phụ tải điện và sự áp dụng các thiết bị công nghệ tiên tiến, yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện cho các lĩnh vực nói chung và đặc biệt cho các xí nghiệp công nghiệp ngày càng nghiêm ngặt Sự đình trệ cung cấp điện có thể dẫn đến những thiệt hại kinh tế rất lớn

Điều đó cần phải được quán triệt ngay từ khâu thiết kế, xây lắp đến khâu vận hành hệ thống điện

Độ tin cậy của hệ thống điện phụ thuộc vào độ tin cậy của các phần tử cấu thành Về phần mình, độ tin cậy của các phần tử hệ thống điện lại phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, trong đó có cả các yếu tố mang tính khách quan và các yếu tố mang tính chủ quan Sự tác động của các nhân tố khác nhau đến chế độ làm việc của hệ thống mang tính ngẫu nhiên, vì vậy việc phân tích, tính toán độ tin cậy của hệ thống điện cần phải dựa trên cơ sở lý thuyết xác suất thống kê

6.5.1 Một số khái niệm cơ bản về độ tin cậy

Hỏng hóc là sự kiện phá vỡ khả năng làm việc bình thường của các

thiết bị Trong quá trình làm việc, do nhiều nguyên nhân khác nhau, các thiết

bị có thể sẽ không đảm bảo được chức năng mà chúng đảm nhận và sẽ dẫn đến sự ngừng làm việc, thậm chí có thể dẫn đến sự đào thải

Sự cố là những hỏng hóc ngẫu nhiên của thiết bị, gây gián đoạn cung

cấp điện cho các hộ tiêu thụ Sự cố gây ảnh hưởng đến một bộ phận nhỏ của

hệ thống điện gọi là sự cố cục bộ, còn sự cố gây ảnh hưởng trầm trọng đến nhiều phần tử của hệ thống điện gọi là sự cố hệ thống

Thời gian làm việc an toàn của thiết bị là một đại lượng ngẫu nhiên (T),

đặc trưng cho khoảng thời gian từ khi thiết bị làm việc đến khi xuất hiện sự cố đầu tiên

Độ tin cậy cung cấp điện là khả năng hệ thống đảm bảo cung cấp điện

liên tục và chất lượng cho các hộ dùng điện dưới tác động của các nhân tố khác nhau

Để đánh giá độ tin cậy người ta dựa trên các chỉ tiêu cơ bản sau:

1 Xác suất làm việc tin cậy và xác suất không tin cậy

Gọi T là đại lượng ngẫu nhiên đặc trưng cho khoảng thời gian từ khi bắt đầu vận hành đến khi xẩy ra sự cố đầu tiên Xác suất để trong khoảng thời

Ch.6 CCĐCN 185

xác suất làm việc tin cậy, hay gọi tắt là xác suất tin cậy p(t) Xác suất tin cậy

là hàm đơn điệu giảm dần theo thời gian, khi t = 0 thì p = 1 (hình 6.19)

Xác suất không tin cậy là xác suất sự kiện hỏng hóc xảy ra sớm hơn

khoảng thời gian xét q(t) = p(T<t) = 1 - p(t)

q(t) là hàm tăng có giá trị bằng 0 khi t=0 và 1 khi t  ,

Xác suất không tin cậy được xác định trên cơ sở số liệu thống

kê về xác suất sự cố theo biểu thức:



 t f t dt t

q

0

) ( )

e t q t

)

) ( 1 ) (

Cường độ sự cố là kỳ vọng toán của các hỏng hóc trên một đơn vị thiết

bị, trong một đơn vị thời gian, xác định theo biểu thức:

;

) ( ) (

t N

t n

t 

n(t) - Số lần hỏng hóc trong khoảng thời gian quan sát t;

N - Số lượng thiết bị

Hình 6.19 Hàm phụ thuộc của xác suất tin

cậy p(t) và xác suất không tin cậy q(t) theo

thời gian

p, q

t 1

0

p(t) q(t)

3 Thời gian làm việc an toàn trung bình t p và thời gian phục hồi trung bình

t f

Trong quá trình vận hành thiết bị trải qua hai trạng thái (hình 6.20): Trạng thái làm việc bình thường (tlv) và trạng thái sự cố (tsc) Thời gian làm việc bình thường của thiết bị giữa hai lần sự cố gọi là thời gian làm việc an toàn

* Thời gian làm việc an toàn trung bình là kỳ vọng toán hay giá trị

trung bình thời gian làm việc tin cậy của thiết bị, được xác định bởi biểu thức:



1 ) (

0



p t dt

Trong đó: f(t) – hàm mật độ xác suất làm việc an toàn

* Thời gian phục hồi trung bình là kỳ vọng toán thời gian chi phí để tìm

và sửa chữa thiết bị hư hỏng, có thể xác định theo biểu thức:



1 1

Trong thực tế thời gian phục hồi chính là thời gian mất điện

Số liệu thống kê về cường độ hỏng hóc và thời gian phục hồi trung bình của một số phần tử hệ thống điện được thể hiện trong bảng 6.1

4 Hệ số dừng và hệ số sẵn sàng

* Hệ sô dừng còn gọi là hệ số không sẵn sàng là xác suất các phần tử

ngừng làm việc trong khoảng thời gian khảo sát, có thể xác định theo biểu

Hình 6.20 Quá trình vận hành

f d

t t

t

Hệ số dừng cũng có thể được xác định theo biểu thức:

kd=.p(t) = e-t

* Hệ số sẵn sàng là xác suất phần tử ở trạng thái sẵn sàng làm việc, tức

là xác suất làm việc an toàn, được xác định theo biểu thức:

f d s

t t

t k

5 Hàm tin cậy của hệ thống

Gọi R(t) là hàm tin cậy của hệ thống, tức là xác suất trong khoảng thời

gian t hệ thống làm việc an toàn với điều kiện ở thời điểm ban đầu t = 0 các

phần tử cũng ở trạng thái sẵn sàng Tức là hàm tin cậy phải có 2 điều kiện: ở

thời gian t = 0 hệ thống phải ở trạng thái sẵn sàng với ks và ở thời điểm t > 0

có xác suất tin cậy p(t) Ta có thể biểu thị sự kiện này như sau:

Ngoài các chỉ tiêu cơ bản mà ta đã xét ở phần trên, cần phải kể đến hai chỉ tiêu quan trọng khác là thiệt hại do ngừng cung cấp điện và thời gian mất điện đẳng trị Thiệt hại do mất điện là những chỉ tiêu trong độ tin cậy hơn nữa

nó là một phần rất quan trọng Cho đến nay vẫn chưa có lý thuyết hoàn hảo để xác định thiệt hại về kinh tế do mất điện vì nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố

Ta chỉ xét một số phương pháp đánh giá thiệt hại gần đúng Nhìn chung thiệt hại do mất điện gồm 3 thành phần: Thiệt hại chính do sản xuất bị đình trệ, không sử dụng được tài sản hiện có, thiệt hại phụ do sản phẩm bị hư hỏng và thiệt hại hệ thống do mạng điện không được sử dụng

1) Thiệt hại do bị ứ đọng vốn đầu tư cố định được xác định theo biểu thức:

f f

t Z t

8760

Z - Chi phí quy đổi của xí nghiệp sản xuất;

tf1 - Thời gian mất điện;

t- Hệ số trùng hợp, tính đến sự phân bố không đều của thời gian mất điện ứng với quy trình công nghệ sản xuất Đối với các xí nghiệp sản xuất ba ca thì

t= 1, hai cat= 0,667

f - Hệ số tính đến sự phân bố không đều của sự cố theo thời gian

2) Thiệt hại kinh tế do sản phẩm không được sản xuất khi mất điện:

Lượng tổn thất này bao gồm giá trị sản phẩm không được sản xuất ra trong thời gian mất điện mà vẫn phải trả lương công nhân và chi phí thiệt hại

do thiết bị máy móc bị hỏng hóc do mất điện

Y2= ( g0.N0.ttb - C).n.t+ .n.Z1 đồng/năm ; (6.23)

Trong đó:

g0 - Giá thành một sản phẩm

N0 - Số sản phẩm sản xuất ra trong một đơn vị thời gian

T - Thời gian mất điện trong một năm (giờ)

C - Chi phí nguyên vật liệu cho lượng sản phẩm sản xuất ra tương ứng với thời gian mất điện

Ch.6 CCĐCN 189

ttb - Thời gian trung bình tính trong một lần sự cố

n - Số lần mất điện trong năm

- Hệ số tính tới sự thay đổi hỏng hóc của các thiết bị máy móc ở mỗi lần mất điện (0<  1)

Như vậy các hệ số n và t có ảnh hưởng rất lớn đến mức độ thiệt hại do mất điện Nếu số lần mất điện n càng nhiều thì thiệt hại càng lớn Bên cạnh đó hệ số

t cũng ảnh hưởng khá lớn đến mức độ thiệt hại, chẳng hạn như xí nghiệp sản xuất ba ca (t =1) nghĩa là mất điện vào thời gian nào cũng dẫn đến thiệt hại

3) Thiệt hại do chất lượng sản phẩm bị giảm là thiệt hại do chất lượng sản

xuất không đảm bảo và phải sử dụng nhân lực hỗ trợ khi mất điện.

Thiệt hại này là do lượng sản phẩm là phế phẩm do mất điện và chi phí cho sử dụng nhân lực để sản xuất trong thời gian mất điện

Lượng thiệt hại này tính trong một năm xác định theo công thức:

Y3= N0.(g0– gph).n.tthiết bị, đ/năm; (6.24)

Y4=

tt M

ht P T

Z

Trong đó: Zht - Chi phí quy đổi của hệ thống điện;

TM - Thời gian sử dụng cực đại;

Ptt - Công suất tính toán của hệ thống điện;

Ath - Điện năng thiếu hụt do mất điện