THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO MỘT PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT ĐIỆN

THIẾT KẾ CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN**Mục đích của việc xác định phụ tải tính toán Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương vớiphụ tải thực tế về mặt hi

B THIẾT KẾ CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN

**Mục đích của việc xác định phụ tải tính toán

Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương vớiphụ tải thực tế về mặt hiệu quả phát nhiệt hoặc mức độ hủy hoại cáchđiện,Nói cách khác, phụ tải tính toán cũng đốt nóng thiết bị lên tới nhiệt độtương tự như phụ tải thực tế gây ra, vì vậy chọn thiết bị theo phụ tải tính toán

sẽ đảm bảo an toàn cho thiết bị về mặt phát nóng

Phụ tải tính toán được sử dụng để chọn lựa và kiểm tra các thiết bị trongHTĐ như: máy biến áp, dây dẫn, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ… tính toán tổnthất công suất, tổn thất điện năng, tổn thất điện áp; lựa chọn dung lượng bùcông suất phản kháng… Phụ tải tính toán phụ thuộc vào các yếu tố như: côngsuất,số lượng các máy,chế độ vận hành của chúng, quy trình công nghệ sảnxuất, trình độ vận hành của công nhân, Vì vậy xác định phụ tải tính toán lànhiệm vụ khó khăn nhưng rất quan trọng,Bởi vì nếu phụ tải tính toán được xácđịnh nhỏ hơn phụ tải thực tế sẽ làm giảm tuổi thọ của thiết bị điện, có khi dẫnđến cháy nổ rất nguy hiểm, Nếu phụ tải tính toán lớn hơn phụ tải thực tế quánhiều thì các thiết bị điện(đóng ngắt,máy biến áp…), và tiết diện dây dẫn sẽphải làm lớn hơn so với yêu cầu do đó làm gia tăng vốn đầu tư, gây lãng phí

+)Các phương pháp xác định phụ tải tính toán

Do tính chất quan trọng của phụ tải tính toán nên đã có nhiều công trìnhnghiên cứu và có nhiều phương pháp tính toán phụ tải điện, Song phụ tải điệnphụ thuộc vào nhiều yếu tố nên chưa thể có phương pháp nào tính toán 1 cáchtoàn diện và chính xác, Những phương pháp đơn giản thuận tiên chó tính toánthì lại thiếu độ chính xác,còn nếu nâng cao được độ chính xác,xét đến ảnhhưởng của nhiều yếu tố thì khối lượng tính toán lại rất lớn,phức tạp,thậm chí

là không thực hiện được trong thực tế,

Tùy thuộc đặc điểm của từng loại phụ tải có thể áp dụng những phươngpháp sau:

- Phương pháp tính theo hệ số nhu cầu

- Phương pháp tính theo công suất trung bình

- Phương pháp tính theo suất tiêu hao điện năng cho 1 đơn vị sản phẩm

- Phương pháp tính theo suất phụ tải trên đơn vị diện tích sản xuất

1,1 Phụ tải tính toán động lực của xí nghiệp

Tính toán phụ tải động lực của phân xưởng theo công suất đặt P đ và k nc

Phương pháp này sử dụng khi đã có thiết kế nhà xưởng của xí nghiệp (chưa cóthiết kế chi tiết bố trí máy móc, thiết bị đặt trên mặt bằng), lúc này chỉ biết chitiết công suất đặt của từng phân xưởng,

Phụ tải tính toán động lực của mỗi phân xưởng được xác định theo công thức sau:

cos - hệ số công suất tính toán, từ đó rút ra được tan ϕ,

Bảng tính toán phụ tải động lực của phân xưởng:

11 Kho nhiên liệu 10 5,7 4,275 0,75

p - suất chiếu sáng trên đơn vị diện tích (W / m2) cho từng phân xưởng

S- diện tích cần được chiếu sáng, diện tích phân xưởng,(m2)

Nếu sử dụng bóng đèn sợi đốt thì cos ϕ = 1 ,Q cs = 0,

Nếu dùng đèn tuýp thì chọn cos ϕ = 0 , 8

Suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích 15 ( / 2 )

p = ϕ

Bảng tính toán phụ tải chiếu sáng như sau:

STT Tên phân xưởng và phụ tải

) /

0

m W

p S(m2) P cs (kW)

)

(kVAr

Q cs tan ϕ

cs đltt

pxtt

Q

P

Q P

27 , 3033 cos

) ( 6545 , 4569

) ( 75 , 3417 5

, 3797 9 , 0

) ( 27 , 3033 3

, 3370 9 , 0

2 2

XN

tti đt

XN

tti đt

XN

S

P

kVA Q

P

S

kVAr Q

K

Q

kW P

1,3 Tổng hợp phụ tải của toàn xí nghiệp, xây dựng biểu diễn biểu đồ phụ tải trên mặt bằng xí nghiệp dưới dạng các hình tròn bán kính R,

CHƯƠNG II, Xác định sơ đồ nối của mạng điện nhà máy.

2.1 Xác định cấp điện áp phân phối

Điện áp định mức phân phối từ trạm BATG về nhà máy là 22 kV

2.2 Xác định vị trí đặt trạm biến áp (hoặc trạm phân phối trung tâm – TPPTT)

Với quy mô xí nghiệp như vậy, cần đặt một trạm phân phối trung tâm (PPTT) nhận điện từ trạm BATG hoặc đường dây 22kV, Trạm PPTT đặt MBA, thiết

bị bảo vệ và đóng cắt rồi cấp điện cho các phân xưởng ,

Vì xí nghiệp có tỉ lệ phụ tải loại I&II là rất cao nên để cấp điện cho xí

nghiệp, ta xây dựng đường dây trên không mạch kép, sử dụng dây AC, hạngầm ở hàng rào nhà máy, Mạng điện cao áp trong xí nghiệp là mạng cápngầm đi từ điểm hạ ngầm tới gian phân phối trung tâm ,

Ta được

3 , 5 7

Dịch chuyển ra khoảng trống, vậy M (8,9;5,3)

2.3Xác định vị trí, số lượng,dung lượng các trạm BAPX

MBA dung máy do Công ty Đông Anh sản xuất, nên không cần phải hiệu chỉnh nhiệt độ,

Chọn dung lượng các MBA

- Trạm biến áp ở trạm PPTT

Dùng MBA làm việc song song :

) ( ) 1 (

& kVA

n

k

S k

S I II tt

đmB × −

×

n: số MBA làm việc song song,

k: hệ số quá tải của MBA, k = 1 , 4

(%)

&II

I

k : tỉ lệ phụ tải loại I và loại II của nhà máy,

Ta chọn trạm PPTT dùng 2 MBA làm việc song song,

) ( 029 , 2448 4

, 1

6545 , 4569 75

,

0

kVA

S đmB ≥ × = , Suy ra chọn MBA 2500-22/0,4/Y-Yn

do Công ty Đông Anh sản xuất,

2.4Chọn dây dẫn từ nguồn đến trạm PPTT,

- Đường dây cung cấp từ trạm BATG về trạm BA của xí nghiệp dài300m, sử dụng đường dây trên không, dây AC, lộ kép,

Chọn tiết diện dây:

Tra cẩm nang có thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax=4180 h, với giá trị

Tmax và dây AC ta có Jkt = 1,1(A/mm2)

) ( 5101 , 54 1

, 1

9612 , 59

1

,

1

) ( 9612 , 59 22 3 2

6545 , 4569 3

Suy ra chọn dây AC-50

Kiểm tra theo điều kiện dòng sự cố:

Tra bảng PL VI,1- Thiết kế cấp điện (Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm)

dây AC-50, ta có Icp=220 (A)

Khi đứt một lộ, dây còn lại truyền tải toàn bộ công suất

Kiểm tra dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp:

Với dây AC-50 có r0 = 0 , 65 ( Ω /km), x0 = 0 , 4 ( Ω /km)

) ( 76 , 22 1000

300 22

2

4 , 0 75 , 3417 65

, 0 27 , 3033 0

U

x Q r P

đm

tt tt

×

× +

×

=

×

× +

( 1 , 1 22

%

Xét thấy thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp cho phép,

Vậy chọn dây AC-50

- Chọn dây dẫn từ trạm BA của xí nghiệp về trạm PPTT có 2 lộ cáp lõi đồng trung áp 22kV , chiều dài l = 86 (m)

) ( 9612 , 59 22 3 2

6545 , 4569 3

, 3

9612 ,

F tc = , cáp đồng 3 lõi, 22kV, cách điện bằng XLPE, đai thép, vỏ PVC

do hãng LS liên doanh chế tạo,

Dòng ngắn mạch của cáp:

) ( 141

,

0

kA F

1lõi mm2

F đm Hình dạng r0( Ω /km)

ở nhiệt độ 200C

) / (

76 , 22 22

10 1 , 0 86 75 , 3417 10

868 , 0 86 27 , 3033 ( 2

1

3

3 3

1

U U

X Q R

P

U

đm

c tt c

×

=

→ Thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp

Căn cứ vào vị trí các trạm biến áp và trạm PPTT trên mặt bằng, đề ra 3

phương án đi dây mạng như sau:

- Phương án 1: Các phân xưởng được cấp điện trực tiếp từ trạm PPTT,

- Phương án 2: Các phân xưởng ở xa trạm được cấp điện liên thông qua các trạm gần trạm PPTT

- Phương án 3: Các phân xưởng được cấp điên các phụ tải kiểu hỗn hợp

cả liên thông và hình tia,

Trong đó, các phân xưởng có công suất nhỏ thì được cấp điện bằng một đường cáp kéo từ tủ điện của phân xưởng lớn hơn,

Để đảm bảo mỹ quan công nghiệp và an toàn cho các tuyến cáp trong xí nghiệp đều dùng cáp ngầm, trạm PPTT được đặt kề tường phân xưởng,Sau đây ta lần lượt tính toán kinh tế lần lượt cho ba phương án, Ta chỉ so sánh phần khác nhau của ba phương án, Cả ba phương án đều có đường dây cung cấp từ trạm BATG về trạm PPTT, do vậy mà ta chỉ cần so sánh

về kinh tế kĩ thuật của đường dây cấp điện từ trạm PPTT tới các tủ điện của từng phân xưởng, Dự định dùng cáp điện của CADIVI, cách điện XLPE 4 lõi đồng, có bọc cách điện PVC,

K : hệ số điều chỉnh nhiệt độ kể đến sự chênh lệch nhiệt độ môi trường chế

tạo và môi trường đặt dây,

I : dòng điện làm việc lớn nhất (dài hạn qua dây),

Chọn nhiệt độ chuẩn của môi trường xung quanh + 25 0C

Nhiệt độ môi trường + 30 0C,nhiệt độ cho phép lớn nhất của dây + 70 0C

Giả thiết lộ kép đặt trong một rãnh dưới đất, khoảng cách giữa các cáp 300mmTra bảng PL VI,10 và PL VI,11- Thiết kế cấp điện (Ngô Hồng Quang, Vũ

Tra bảng giá dây cáp hạ áp của CADIVI, cáp hạ thế (3 lõi pha + 1 lõi đất)

cách điện XLPE, vỏ PVC, Ta có bảng chi phí đầu tư cáp hạ áp cho phương án 1:

) / 1000

) 1000

10 3 2

2

kW R

, 18 1500 10

1428948 )

6 3

1 1

đ

A c K a

×

× +

=

∆

× +

× +

I : dòng điện làm việc lớn nhất (dài hạn qua dây),

Chọn nhiệt độ chuẩn của môi trường xung quanh + 25 0C

Nhiệt độ môi trường + 30 0C,nhiệt độ cho phép lớn nhất của dây + 70 0C

Giả thiết lộ kép đặt trong một rãnh dưới đất, khoảng cách giữa các cáp 300mm

∑∆P= 18 , 42 (kW)

Tra bảng PL VI,10 và PL VI,11- Thiết kế cấp điện (Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm),

Tra bảng cáp điện của CADIVI sản xuất PL,22 – Giáo trình Cung cấp điện (Ngô Hồng Quang)

Lộ dây F tc(mm2) l (m) Đơn giá

) / 1000 ( đ m Thành tiền

) 1000

10 3 2

2

kW R

Bảng thông số cáp và kết quả tính toán của phương án 2 ghi trong bảng sau:

Lộ dây l (m) (r0Ω/km) R (Ω) (kVA S tt ) (kW P tt ) (kVAr Q tt ) (V∆U) ∆(kW P )

1631545 )

6 3

2 2

đ

A c K a

×

× +

=

∆

× +

× +

=

 Phương án 3

Vì các đường dây hạ áp cấp điện cho xí nghiệp thường ngắn, Nên chọn cáp từ trạm PPTT đến các phân xưởng theo dòng phát nóng lâu dài cho phép I cp

Công thức xác định tiết diện dây theo I cp:

I : dòng điện làm việc lớn nhất (dài hạn qua dây),

Chọn nhiệt độ chuẩn của môi trường xung quanh + 25 0C

Nhiệt độ môi trường + 30 0C,nhiệt độ cho phép lớn nhất của dây + 70 0C

Giả thiết lộ kép đặt trong một rãnh dưới đất, khoảng cách giữa các cáp 300mmTra bảng PL VI,10 và PL VI,11- Thiết kế cấp điện (Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm),

Tra bảng cáp điện của CADIVI sản xuất PL,22 – Giáo trình Cung cấp điện (Ngô Hồng Quang)

Tra bảng giá dây cáp hạ áp của CADIVI, cáp hạ thế (3 lõi pha + 1 lõi đất) cách điện XLPE, vỏ PVC, Ta có bảng chi phí đầu tư cáp hạ áp cho phương án 2:

) 1000

10 3 2

2

kW R

Bảng thông số cáp và kết quả tính toán của phương án 3 ghi trong bảng sau:

Lộ dây l (m) (rΩ0 /km) R (Ω) (kVA S tt ) (kW P tt ) (kVAr Q tt ) (V∆U) ∆(kW P )

Đoạn 8-9 11 0,0601 0,0003 423,31 238,06 350,02 0,679 0,38Đoạn 15-

, 19 1500 10

1742426 )

6 3

3 3

đ

A c K a

×

× +

=

∆

× +

× +

2.5 Lựa chọn sơ đồ nối điện từ nguồn đến trạm PPTT của nhà máy,

Nhà máy thuộc loại quan trọng, chọn dùng sơ đồ một hệ thống phân đoạn thanh góp cho trạm PPTT, Tại mỗi tuyến dây vào, ra của phân đoạn thanh góp

và liên lạc giữa hai thanh góp đều dùng máy cắt hợp bộ, Để bảo vệ chống sét

truyền từ đường dây vào trạm ta đặt chống sét van trên mỗi phân đoạn thanh góp.

Chọn dùng các tủ hợp bộ của SIEMENS, cách điện bằng SF6, không cần bảo trì, tủ của trạm dùng 2 phân đoạn thanh góp

Sơ đồ nguyên lý

Sơ đồ tủ hạ áp trạm PPTT

Các tủ hạ áp động lực đặt tại các phân xưởng:

Chon tủ hạ áp do Siemen chế tạo theo tiêu chuẩn định trước, tra catalog của

hãng để chọn, trong tủ đặt sẵn các thiết bị bảo vệ và đóng cắt

CHƯƠNG III, TÍNH TOÁN ĐIỆN

3,1 Xác định tổn hao điện áp trên đường dây và trong MBA

- Đoạn đường dây không:

) ( 76 , 22 22

2

3 , 0 4 , 0 75 , 3417 3

, 0 65 , 0 27 , 3033

V U

X Q R P

U

đm

d tt d tt

×

×

× +

×

×

=

× +

10 1 , 0 86 75 , 3417 10

868 , 0 86 27 , 3033 ( 2

U

X Q R

P

U

đm

c tt c

) (

22 6 10 2500 1000

22 20410 ( 2

1 ) 10

% 10

(

3 2

2 2

3 2

2

Ω +

=

×

× +

U U

j S

U P

n

Z

đmBA

đm N

đmBA

đm N

B

Tổn thất điện áp trên tổng trở MBA:

) ( 9652 , 1009 22

8 , 5 75 , 3417 79

, 0 27 , 3033

V U

X Q R

P

U

đm

B tt B tt

, 5 9652 , 1009 814

, 5 76 , 22 max 1

, 1044

max = < ∆ =

→ Thỏa mãn chỉ tiêu kỹ thuật

3,2 Xác định tổn hao công suất

1) Đoạn đường dây không:

Thông số đường dây:

Với dây AC-50 có r0 = 0 , 65 ( Ω /km), x0 = 0 , 4 ( Ω /km)

) ( 75 , 3417 27

2065

,

4

10 ) 4 , 0 65 , 0 ( 2

3 , 0 22

6545 , 4569 10

)

2

2 3

0 0 1 2

2

kVA j

j jx

r l U

×

×

=

× +

) ( 371 ,

1 22

6545 , 4569 10

)

2

2 3

2

2

2

kVA j

j jX

R U

×

=

3) Tổn thất công suất trong MBA:

- Tổn thất công suất trong cuộn dây MBA:

) ( 5809 , 250 0957

, 34 ) 2500 100

6545 , 4569 6

2500 1000

6549 , 4569 20410

(

2

1

) 100

% (

1

2 2

2

2 2

2

kVA j

j S

S U

j S

S P n

S

đmBA

tt N đmBA

tt Cu

+

=

×

× +

2500 8

, 0 1000

3300 ( 2 ) 100

, 40 ) 40 6 , 6 ( ) 5809 , 250 0957

, 34 (

S S

∆

- Tổn thất công suất tác dụng của toàn xí nghiệp:

) ( 9428 , 59 42 , 18 0957 , 34 2206 , 3 2065 , 4 17

1

P P

A

×

=

× +

×

=

×

∆ +

CHƯƠNG IV Chọn và kiểm tra thiết bị điện

4,1 Tính toán ngắn mạch tại các điểm đặc trưng (chọn điểm ngắn mạch phù hợp)

Để chọn khí cụ điện cho cấp điện áp 22 kV, ta cần tính cho điển ngắn mạch phù hợp

- Tính ngắn mạch tại điểm N1,thanh cái trạm biến áp xí nghiệp 22/0,4

kV, Để kiểm tra máy cắt và thanh góp ở đó, ta lấy SN = Scắt của máy cắt đầu nguồn,

Để chọn khí cụ cho cấp điện áp 0,4 kV:

- Tính ngắn mạch tại điểm N2 để chọn tủ của từng phân xưởng,

 Tính toán các thông số của sơ đồ:

- Sơ đồ nguyên lý:

- Sơ đồ thay thế:

• Tính điện kháng của hệ thống:

) (

• Đường dây không

dây AC-50 có r0 = 0 , 65 ( Ω /km), x0 = 0 , 4 ( Ω /km),l 300= m

tổng trở ( 0 , 65 0 , 4 ) 0 , 0975 0 , 06 ( )

2000

300 )

1lõi mm2

F đm l (m) r0(Ω/km)

ở nhiệt độ 900C

) / (

2612

,

0

) 10 2500

4 , 0 6 10 2500 1000

4 , 0 20410 ( 2

1 ) 10 10

(

6 2

2 4

2 6

2 2

Ω +

=

×

× +

j S

U U j S

U P

n

Z

đmBA

đm N đmBA

đm N

22 05 , 1

1

1 ''

1

Z

U I

I

I

N

tb N

+ + +

Dòng xung kích:

) ( 9592 , 18 4479 , 7 8 , 1 2 8

2 3 2

3 2

''

2

2

kA Z

U I

+ +

× +

S N = × đm× N = × × =

 Lựa chọn máy cắt đầu nguồn:

Khi một lộ dây cấp điện cho trạm biến áp xí nghiệp bị sự cố, toàn bộ phụ tải

tính toán của xí nghiệp sẽ truyền tải qua đường dây còn lạ và máy cắt tổng,

Dòng điện cưỡng bức tính được như sau:

) ( 9223 , 119 22

3

6545 , 4569

Do đó ta chọn tủ máy cắt 8DC11 cách điện bằng SF6 do Siemens chế tạo

(tra phụ lục PL 7 – Giáo trình CCĐ của Ngô Hồng Quang)

)

(kA

I N I N (kA) 1 ÷ 3s

Các điều kiện chọn và kiểm tra máy cắt như sau:

Các điều kiện chọn và kiểm tra Điều kiện

Điện áp định mức (kV) U đm MC = 24 >U đm LĐ= 22

I đm = >

Tất cả các điều kiện đều thỏa mãn, vậy ta chọn máy cắt 8DC11 là hợp lý,

 Kiểm tra lại cáp trung thế 22 kV

Kiểm tra theo điều kiện ổn định nhiệt

qđ

F

F ≥ = α × ∞ ×

Trong đó: F ôđđ - Tiết diện cáp theo ổn định nhiệt; (mm2)

α - Hệ số phụ thuộc vật liệu chế tạo lõi cáp, (với đồng α = 6)

05

,

0

05 , 0

Suy ra : t qđ =t cat + 0 , 05 Với t cat =t BV +t MC

Nếu t BV = 0 , 05s và máy cắt là loại tác động nhanh thì t MC = 0 , 1s

s

t qđ = 0 , 05 + 0 , 1 + 0 , 05 = 0 , 2

Vậy F ô dđ = 6 × 7 , 4479 × 0 , 2 = 19 , 9845 <F = 35→ Thỏa mãn

 Chọn dao cắt phụ tải trung áp do Siemens chế tạo

Tra PL, 11- Giáo trình CCĐ (Ngô Hồng Quang)

Chọn dao cách ly như sau:

Loại U đm (kV) I đm (A) Số lần cắt I Nmax(kA) I N 1÷3s (kA)

Kiểm tra điều kiện chọn dao cắt phụ tải:

Các đại lượng chọn và kiểm tra Kết quả

2 , 0 9593 , 18

=

đn ô I

→Thỏa mãn điều kiện,

 Lựa chọn thanh cái cho trạm biến áp xí nghiệp

Thanh góp hạ áp của TBAPP chọn theo điều kiện dòng điện phát nóngcho phép có xét đến điều kiện quá tải sự cố:

đm

đmBA qtsc cp

U k k

S k I

3 21

≥

Trong đó k1- Hệ số hiệu chỉnh nếu thanh dẫn đặt đứng k1 = 1, Đặt

ngang k1 = 0 , 95

k2- Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường,

I cp- Dòng diện cho phép chạy qua thanh dẫn khi t = 250C,

k qt - Hệ số quá tải sự cố của MBA,(1,4 nếu là trạm có 2 MBA

làm việc)Dòng điện lớn nhất qua thanh góp là dòng định mức của máy biến áp

) ( 27 , 5374 4

, 0 3 94 , 0 1

2500 4

, 1 3

2 1

A U

k

k

S k

I

đm

BA đm qt

27 , 5374

F = × , mỗi pha đặt 2 thanh với I cp =4100 A( ) (nếu dòng nhỏ hơn

1000 A thì phải kiểm tra ổn định động),

Dự định đặt 3 thanh góp cách nhau 60 cm, mỗi thanh đặt trên hai sứ khung tủ cách nhau 125 cm,

- Kiểm tra ổn định nhiệt thanh dẫn

qđ đn

F

F ≥ = α × ∞×

Trong đó: F ô đn- Tiết diện cáp theo ổn định nhiệt; (mm2)

α - Hệ số phụ thuộc vật liệu chế tạo lõi cáp, (với đồngα = 6)

120 4439 , 0 3 , 0 1351

125 10

2 3

2 2

cm h