ĐỒ án cung cấp điện

Để xác định được phụ tải tính toán của toàn nhà máy trước hết ta cần xác định phụ tải tính toán ở từng phân xưởng và khu vực.. 1 Xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng  Công thức

A LỜI MỞ ĐẦU

Như chúng ta đã biết, cho đến nay thì nền kinh tế nước ta đã đạt được rất nhiều thành tựu to lớn về phát triển kinh tế xã hội tạo tiền đề cơ bản để bước vào thời kỳ mới, thời kì công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước mà ở đó ngành điện luôn đóng vai trò chủ đạo Cũng chính vì vai trò vô cùng quan trọng của ngành điện mà những người kỹ sư hệ thống điện phải có được những vốn kiến thức vững chắc về ngành để tạo nên những hệ thống chất lượng, thỏa mãn các yêu cầu về kinh tế cũng như kỹ thuật khi đưa vào vận hành thực tế Các chỉ tiêu đặt ra khi tiến hành khảo sát thiết kế cung cấp điện là:

- Đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật

- Độ tin cậy cung cấp điện cao

- Vốn đầu tư nhỏ nhất.

Các yêu cầu trên luôn mang tính chất đối lập nhau, vì vậy câu hỏi luôn được đặt ra

là làm đồ án môn thế nào để có được một hệ thống tối ưu Câu trả lời sẽ có trong môn học “ Hệ thống cung cấp điện” Sau gần 3 năm học tập tại trường “ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC”

em đã phần nào nắm bắt được những kiến thức cơ bản của ngành điện và công việc của những người kỹ sư hệ thống điện trong tương lai bằng rất nhiều môn học thiết thực mang tính ứng dụng cao Với vốn kiến thức nhỏ bé của mình cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo bộ môn cung cấp điện TS.Phạm Mạnh Hải, cho đến nay em đã thực hiện nghiên cứu tính toán thiết kế hoàn chỉnh một hệ thống cung cấp điện mang tính chất thực tế cao và từ đó hoàn thành xong đồ án môn hoc “CUNG CẤP ĐIỆN”

Do kiến thức nắm bắt về ngành và kiến thức thực tế có hạn nên bản đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô để

em có được một bản đồ án hoàn chỉnh có thể đưa vào thực tế và làm tài liệu phục vụ hữu ích cho công việc của em sau này.

Em Xin chân thành cảm ơn!

SV: Phạm Văn Toàn

Lớp: Đ7_ĐCN2

1) Xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng………

………3

2) Tổng hợp phụ tải của toàn nhà máy, xây dựng biểu đồ phụ tảitrên mặt bằng nhà máy dưới dạng hình tròn bán kínhr……… 8

II THIẾT KẾ SƠ BỘ-CHON PHƯƠNG ÁN TỐIƯU……….16

5) Lựa chọn sơ đồ nối điện từ TPPTT đến các phânxưởng……… 27

5.1) Sơ đồ đi dây phương án1……… 31

5.2) Sơ đồ đi dây phương án2……….34

B1…………491.3) Tính ngắn mạch trên thanh cái trạm biến áp phân xưởng

B2……… 491.4) Tính ngắn mạch trên thamh cái trạm biến áp phân xưởng

B3……… 501.5) Tính ngắn mạch trên thanh cái trạm biến áp phân xưởng

B4…………501.6) Tính ngắn mạch trên thanh cái trạm biến áp phân xưởng

B5…………511.7) Tính ngắn mạch trên thanh cái trạm biến áp phân xưởng

B6…………511.8) Tính ngắn mạch trên thanh cái trạm biến áp phân xưởng

B7…………522) Lựa chọn và kiểm tra dây dẫn, khí cụđiện………53

3) Kiểm tra chế độ mở máy của độngcơ……….61

V TÍNH TOÁN HỆ SỐ BÙ CÔNGSUẤT………62

I TÍNH TOÁN PHỤ TẢI

Nhà máy, xí nghiệp sản xuất ra một hoặc nhiều loại sản phẩm trong quá trình hoạt động Những sản phẩm này luôn luôn đòi hỏi tính cạnh tranh cao đặc biệt là về giá thành Trong giá thành sản phẩm, chi phí tiêu thụ điện năng và thời gian thu hồi vốn đầu tư đóng góp một phần đáng kể vào giá thành sản phẩm Chính vì lý do đó việc tính tón thiêt kế cấp điện cho nhà máy xí nghiệp phải đặc biệt chú ý đến vốn đầu tư công trình và vấn đề tiết kiệm năng lượng tránh lãng phí với các thiết bị không cần thiết Quan trọng hơn cả là việc xác định tâm của phụ tải chính xác để có được phương án đi dây tối ưu Ngoài ra chúng ta còn phải tính đến khả năng phát triển của phụ tải nhà máy xí nghiệp trong tương lai Để làm được tất cả những nhiệm vụ đó thì bước đàu tiên cần làm là xác định phụ tải tính toán cho toàn nhà máy Để xác định được phụ tải tính toán của toàn nhà máy trước hết ta cần xác định phụ tải tính toán ở từng phân xưởng và khu vực.

1) Xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng

 Công thức xác định phụ tải động lực theo hệ số nhu cầu và công suất đặt được thể hiện như sau:

 Công thức tính phụ tải chiếu sáng, với P 0 =0,015 (kW/m 2 )

Vì dùng đèn sợi đốt để chiếu sáng có cosφ=1tan φ=0 nên Q cs =0 (kVAr)

Tổng hợp phụ tải (phụ tải tính toán) của mỗi phân xưởng:

P tt : công suất tác dụng tính toán cho phân xưởng (kW)

Q tt : công suất phản kháng tính toán cho phân xưởng (kVAr)

K nc : hệ số nhu cầu

S: diện tích phân xưởng (m 2 )

I tt : dòng điện tinh toán trên đường dây truyền tải (A)

Bảng 1: Số liệu thiết kế cung cấp điện cho xí nghiệp

N 0 theo sơ

đồ mặt bằng Tên phân xưởng và phụ tải Số lượng thiết bị

điện

Tổng công suất đặt, kW

Hệ số nhu cầu, k nc

xưởng

Tính toán hoàn toàn tương tự với các phân xưởng và phụ tải ta được bảng kết quả phụ tải tính toán như sau:

Bảng 2: Phụ tải tính toán cho các phân xưởng

2) Tổng hợp phụ tải của toàn nhà máy, xây dựng biểu đồ phụ tải trên mặt bằng nhà máy dưới dạng hình tròn bán kính r

2.1) Tổng hợp phụ tải của toàn nhà máy

Ta chọn k đt = 0,7 (theo “mục 3 của 1.2.1b/32, “giáo trình cung cấp điện” của “ T.S Ngô Hồng Quang”)

Phụ taỉ tổng hợp toàn nhà máy với hệ số đồng thời k đt = 0,7

2.3) Xác định tâm phụ tải toàn nhà máy

a) Ý nghĩa xác định tâm phụ tải trong thiết kế cung cấp điện

Trong thiết kế hệ thống cung cấp điện thì việc xác định tâm phụ tải đóng mọt vai trò rất quan trọng, đây chính là căn cứ để đặt các trạm biến áp, trạm phân phối, tủ phân phối, tủ động lực nhằm tiết kiệm chi phí và giảm tổn thất trên lưới điện Tâm phụ tải còn giúp quy hoạch nhf máy trong tương lai nhằm có các sơ đồ điện hợp lý tránh lãnh phí và đạt được các tiêu chuẩn hợp lý như mong muốn Tâm phụ tải điện là điểm thỏa mãn điều kiện mômen phụ tải đạt giá trị cực tiểu.

 min Trong đó: P và l là công suất và khoảng cách của phụ tải thứ i tới tâm phụ tải

2.4) Tính tọa độ tâm phụ tải của nhà máy

Tâm quy ước của nhà máy được xác định bởi điểm M có tọa độ được xác định M (x0; y0) theo hệ trục tọa độ Oxy

x0 = ∑

∑

n i

n i i

S

x S

n i i

S

y S

1 1

trong đó :

x 0 ; y 0 : là tọa độ của tâm phụ tải điện của toàn nhà máy

x i ;y i : là tọa độ của phụ tải phân xưởng thứ i theo hệ trục tọa độ Oxy

S i : là công suất của phụ tải thứ i

Suất S (kVA)

thực

x (mm) (mm) y

x(m)

y (m)

Bảng 3 Tọa độ tâm phụ tải của các phân xưởng trên hệ trục Oxy

Xác định tâm phụ tải điện M(x 0 ;y 0 ) theo công thức sau:

Vậy tâm phụ tải của toàn xí nghiệp là điểm M (83,25 ; 48,55)

3) Tổng hợp phụ tải của toàn xí nghiệp, xây dưng biểu diễn biểu đồ phụ tải trên mặt bằng xí nghiệp dưới dạng các hình tròn bán kính r

Biểu đồ phụ tải điện là một hình vẽ trên mặt phẳng, có tâm trùng với tâm phụ taỉ điện, có diện tích tương ứng với công suất của phụ tải theo

tỉ lệ xích nhất định tùy ý Biểu đồ phụ tải cho phép người thiết kế hình dung được sự phân bố phụ tải trong phạm vi khu vực cần thiết kế, từ

đó có phương án cung cấp điện hợp lý

Biểu đồ phụ tải được chia làm 2 phần :

- Phụ tải động lực : phần hình quạt màu trắng

- Phụ tải chiếu sáng : phần hình quạt màu

Để vẽ được biểu đồ phụ tải cho các phân xưởng, ta coi phụ tải của các phân xưởng phân bố đều theo diện tích phân xưởng nên tâm phụ tải có thể lấy trùng với tâm hình học của phân xưởng trên bề mặt Bán kính biểu đồ phụ tải của phụ tỉ thứ i được xác định qua biểu thức :

II THIẾT KẾ SƠ BỘ - CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

1) Chọn cấp điện áp phân phối

Cấp điện áp truyền tải có liên quan trực tiếp đến các vấn đề về kinh

tế, kỹ thuật của hệ thống Điều này thể hiện ở tổn thất điện áp cực đạikhi vận hành cũng như về tổn thất điện năng trên toàn hệ thống, ngoài

ra cấp điện áp truyền tải còn ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí đầu tưcho cách điện của đường dây Để tối ưu hóa việc chọn cấp điện áptruyền tải từ nguồn đến tram biến áp trung gian của nhà máy ta tiếnhành tính toán theo công thức kinh nghiệm như sau:

Từ kết quả tính toán ta kết luận sẽ chọn cấp điện áp của nguồn là

22 kV hoặc 35kV Với cấp điện áp này ta sẽ biến đổi cấp điện áp110kV từ hệ thống sang trung áp vì khoảng cách ngắn nên tổn thấtđiện áp và điện năng không đáng kể,việc chuyển đổi cấp điện áp22/0,4 kV giúp việc đầu tư cho trạm biến áp của từng nhóm phânxưởng được giảm nhiều so với việc chọn cấp biến đổi là 35/0,4 kV,do

số lượng máy biến áp nhiều Ta sẽ chọn cấp điện áp nguồn là 22kV

2) Xác định vị trí đặt trạm biến áp ( hoặc trạm phân phối trung tâm - tpptt)

• Các xí nghiệp công nghiệp là những hộ tiêu thụ điện tập trung, công suất lớn Điện năng cấp cho xí nghiệp được lấy từ trạm biến

áp trung gian bằng các đường dây trung áp Cấp điện áp trong

phạm vi đồ án được xác định là cấp 22kV Trong một xí nghiệp cần đặt nhiều trạm biến áp phân xưởng, mỗi phân xưởng lớn một trạm, phân xưởng nhỏ đặt gần nhau chung một trạm Để cấpđiện cho các trạm biến áp phân xưởng cần đặt tại trung tâm xí nghiệp một trạm phân phối, gọi là trạm phân phối trung tâm (TPPTT) Trạm phân phối trung tâm có nhiệm vụ nhận điện năng

từ hệ thống về và phân phối cho các trạm biến áp phân xưởng Trong các trạm phân phối trung tâm không đặt trạm biến áp mà chỉ đặt các thiết bị đóng cắt

• Xác định vị trí đặt trạm phân phối trung tâm: Trạm phân phối trungtâm sẽ được đặt gần tâm phụ tải tính toán của toàn nhà máy, thuận tiện cho công tác vận chuyển và lắp đặt, vận hành và sửa chữa khi có sự cố đảm bảo an toàn và kinh tế Áp dụng kết quả tính toán tâm phụ tải điện của toàn nhà máy ta đã xác định ở trên

là điểm M(83,25; 48,55) và dựa vào sơ đồ mặt bằng nhà máy kim

loại màu ta đặt trạm phân phối trung tâm tại vị trí gần tâm phụ

tải tính toán của nhà máy hay là điểm T(83;48) Vị trí này có thể

đảm bảo mỹ quan công nghiệp, đảm bảo thuận lợi cho các công tác quản lý vận hành và sửa chữa MBA

3) Chọn công suất và số lượng máy biến áp của các trạm biến áp phân xưởng.

 Tính toán lựa chọn số trạm biến áp phân xưởng

Căn cứ vào vị trí, công suất của các phân xưởng Tiến hành tính toán thiết kế xây dựng 7trạm biến áp phân xưởng Mỗi trạm đều sử dụng 2 máy biến áp vận hành song song.Riêng với phụ tải loại 3 cho phép mất điện khi sự cố, vì vậy khi xảy ra sự cố một trạmbiến áp phân xưởng có thể cắt giảm 25% phụ tải loại 3 nhằm tiết kiệm chi phí đầu tư chomáy biến áp Chi tiết như sau:

 Trạm biến áp B1: Cung cấp điện cho phụ tải 1.

 Trạm biến áp B2: Cung cấp điện cho phụ tải 2.

 Trạm biến áp B3: Cung cấp điện cho phụ tải 3, 4, 8, 9.

 Trạm biến áp B4: Cung cấp điện cho phụ tải 7.

 Trạm biến áp B5: Cung cấp điện cho phụ tải 5, 6.

 Trạm biến áp B6: Cung cấp điện cho phụ tải 13, 14, 15.

 Trạm biến áp B7: Cung cấp điện cho phụ tải 10, 11, 12

• Các trạm biến áp cung cấp điện cho một phân xưởng ta sẽ đặttrạm tại vị trí gần trạm phân phối trung tâm và tiếp xúc với phânxưởng để thuận tiện trong khâu đóng cắt và không ảnh hưởngđến công trình khác

• Trạm biến áp dùng cho nhiều phân xưởng ta sẽ thiết kế gần tâmphụ tải nhằm tiết kiệm chi phí đường dây và giảm tổn thất côngsuất trên đường dây Tâm của trạm sẽ được xác định qua bảngtọa độ như sau:

số quá tải của máy biến áp là 1,4 với hệ số quá tải này thời gian quá tải không quá 5 ngày đêm, mỗi ngày quá tải không quá 6h.

Pthiếu = 8,57%.Ptt = 337,06.0,857=288,86(kW)

Thiệt hại do mất điện: Y = gth Pthiếu.tsc

= 10000.288,86.24=69,33 (triệu

đồng)

Trạm B6: Khi có 1 máy biến áp sự cố thì công suất tải loại 3 cần cắt là:

= 10000.185,8.24 = 44,6 (triệu đồng)

 Ta thấy tỉ lệ thiệt hại do mất điện gây ra cho nhà máy là khá nhỏ

so với vốn đầu tư để nâng công suất trạm biến áp trong thực tế Chính vì vậy cách lựa chọn máy biến áp này là tối ưu Đặc điểm của nó là hệ số tải (Stt/Strạm) cao hơn trường hợp không cắt phụ tải loại 3 khi có sự cố

 Trên thị trường hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất máy biến

áp với rất nhiều loại sản phẩm đa dạng, nhiều kiểu dáng vàkích cỡ Tuy nhiên căn cứ vào đặc điểm của phụ tải thì ta sẽ

sử dụng loại máy biến áp phân phối dầu có bình giãn nở dầu

 Ta lựa chọn sản phẩm của hãng CTTBĐ ĐA chế tạo.Thông sốchi tiết của các máy biến áp sử dụng trong trạm biến áp phânxưởng được thống kê theo bảng sau:

I0(%)

UN(%)

Giá(x106đồng)

Chi phí(x106đồng)

( các thông số kĩ thuật được tham khảo trong “giáo trình cung cấp điện

“ của t.s Ngô Hồng Quang “ trang 266, 267, 268)Tổng vốn đầu tư cho trạm biến áp:

KB = i = 3495,76(tỷ đồng)Xét trạm biến áp có tổn thất điện năng trong 1 năm được tính như sau:

Bảng 14: Tính toán chi tiết cho các TBA

 Tổng tổn thất điện năng khi vận hành trạm biến áp hằng năm:

BA= 186933,43 (kW/h)

YA=c BA= 1500 186933,43 =280,4 ( triệu đồng)

( c giá tiền 1 kW/h là 1500 đồng )

4) Lựa chọn chọn dây dẫn từ nguồn đến trạm phân phối trung tâm:

Có 3 phương pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn và cáp là theo Jkt; Theo ∆Ucp và theo dòng phát nóng lâu dài cho phép Jcp Phạm vi áp dụng của các phương pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn và cáp được tổng hợp qua bảng sau đây:

-Trung áp Đô thị, công

nghiệp

Bảng 15: phạm vi áp dụng phương pháp chọn tiết diện dây

Lựa chọn dây dẫn từ nguồn về trạm phân phối trung tâm sẽ đượctính toán theo điều kiện phát nóng do khoảng cách truyền tải ngắn

và thời gian sử dụng công suất cự dại Tmax lớn tổn thất điện áp khôngđáng kể.Chi tiết như sau:

• Đường dây nối hệ thống với trạm phân phối trung tâm có ý nghĩacực kỳ quan trọng, nó quyết định đến hoạt động của toàn bộ nhàmáy nên ta sử dụng lộ đường dây kép để truyền tải

• Dòng điện định mức trên đường dây truyền tải:

Iđm = = = 37,89 (A)

• Tra tài liệu “Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0.4 đến 500 kV” tìm dây dẫn có tiết diện gần nhất có dòng cho phép thỏa mãn(ta

tính cả trường hợp sự cố đứt 1 đường dây,dây còn lại chịu toàn bộ côngsuất):

2.Iđm ≤ k.IcpVới k là hệ số điều chỉnh khi nhiệt độ môi trường đặt cáp khác 250C,ta đang tính toán sơ bộ nên coi k=1; Suy ra Icp ≥134,44(A)

• Sử dụng cáp trung thế có màn chắn kim loại 12/24 kV, Cáp đồng cáchđiện XLPE,đai thép,vỏ PVC của FRUKAWA chế tạo Để đảm bảo độ bền

cơ học ta sẽ chọn tiết diện tối thiểu là 35 mm2

• Tra bảng thông số kỹ thuật bảng 4.57 ta chọn cáp trung thế 3 lõi đồng3x35 cách điện XLPE,đai thép,vỏ PVC có màn chắn kim loại 12/24 kV

K 1 = 1,736×2×300= 1,042(tỷ đồng)

5) Lựa chọn sơ đồ nối điện từ TPPTT đến các phân xưởng

Ta có 2 phương án sau:

Phương án 1:

Phương án 2:

Ta thấy đường dây hạ áp từ trạm biến áp phân xưởng đến các tủ phân xưởng của 2 phương án đều giống nhau,ta sẽ tìm tiết diện dây cho cáp hạ áp trước khi tim dây từ TPPTT đến các trạm biến áp phân xưởng Ta sẽ đi 1 dây,nhưng do phân xưởng 8 và 9

có công suất lớn,việc lựa chọn dây quá lớn nên ta sẽ đi 2 đường dây để đủ cung cấp cho xưởng và đảm bảo hoạt động.

Chọn cáp hạ áp từ trạm biến áp phân xưởng đến các tủ phân phối phân xưởng theo điều kiện phát nóng:

I tt =

Ta không xét đến trường hợp sự cố đứt đường dây ở đây.

Vậy điều kiện phát nóng của cáp sẽ tương đương: I tt ≤ k.I cp (k=1)

Đảm bảo độ bền cơ học ta sẽ chọn tiết diện tối thiểu là 16mm 2

 Giá thành đường dây các trường hợp:

- Lộ đơn: K d = Giá x L (đ)

- Lộ kép: K d = giá x L x 2 (đ)

d m3

t t

d m

S U

×

- Tổng vốn đầu tư cho đường dây:

Z d = (đ)

 Tính toán chi tiết ta thu được kết quả chọn dây dẫn hạ áp từ máy biến áp đến tủ phân phối phân xưởng tra thông số ở bảng 4.53 ta chọn cáp hạ thế 3 lõi đồng cách điện XLPE,đai thép,vỏ PVC có màn chắn kim loại 0,5/3kV do FRUKAWA chế tạo và giá dây trong tài liệu liên quan.

400

(106đồng)

Tổng(106đồng)

phân xưởng đến các phân xưởng

Kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp ≤ 5%

Tổn thất điện áp trên đường dây được tính theo công thức:

Trong đó;

P,Q công suất tác dụng và công suất phản kháng chạy trên đường dây

R,X điện trở suất và điện trở kháng của đường dây (

Bảng 17: kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp

Ta thấy việc chọn tiết diện dây trên cũng đảm bảo điều kiện tổn thất điện áp cho phép.

Từ bảng trên ta tìm được tổng vốn đầu tư đường dây cáp hạ áp cho toàn bộ xí

nghiệp: Kd hạ áp = = 156,076 (triệu )

5.1) Sơ đồ đi dây phương án 1

Theo toạ độ các trạm điện ta lần lượt tính toán độ dài các lộ dây dựa trên bản vẽ, tính toán tiết diện dây dẫn sẽ thu được kết quả như sau:

Ghi chú: riêng với lộ dây trạm B7, Đường dây gấp khúc nên L = 79m

Tính phân bố công suất và tiết diện dây dẫn tương tự và tra trong bảng 4.57 như trên

ta được bảng sau:

I đm pptt-b1 = vì pptt-b1 sử dụng 2 dây nên I đm 1 dây =6,43

Tương tự ta có bảng:

Việc lựa chọn dây thỏa mãn yêu cầu.

Tổng chi phí đầu tư trên đường dây trung áp 22kV của PA1 bao gồm đoạn từ trạm nguồn đến trạm phân phối trung tâm và từ trạm phân phối trung tâm về các trạm biến áp phân xưởng được tính như sau:

ΣK d = K trung áp + K hạ áp = 1,024+0,156+0,903=2,083(tỉ đồng)

5.1a) tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng

• Tổng tổn thất điện năng trên các lộ dây:

Tổn thất công suất tác dụng và tổn thất điện năng được tính như sau:

∆P = ×R×10 -3 (KW)

∆A = ∆P x τ (KWh)

τ = (0.124 + 10 - 4xT max ) 2 x 8760 = 2573,4 (h)

Z 1 =(a vh +a tc ) + c dây

Với: a vh =0,1 ; a tc =0,125; C=1500(đồng/kwh)

a vh : Hệ số vận hành

a tc = : Hệ số tiêu chuẩn( hệ số thu hồi vốn đầu tư)

T tc : Là thời gian thu hồi vốn đầu tư lấy bằng 8 năm