Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng cơ khí

Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng cơ khí

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, trong xu thế hội nhập, quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đấtnước đang diễn ra một cách mạnh mẽ Trong quá trình phát triển đó, điện năng đóngvai trò rất quan trọng Nó là một dạng năng lượng đặc biệt, có rất nhiều ưu điểm như:

dễ chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác( như cơ năng, hóa năng, nhiệt năng ),

dễ dàng truyền tải và phân phối Do đó ngày nay điện năng được sử dụng rộng rãitrong hầu hết các lĩnh vực của đời sống Cùng với xu hướng phát triển mạnh mẽ củanền kinh tế, đời sống xã hội ngày càng được nâng cao, nhu cầu sử dụng điện năngtrong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ tăng lên không ngừng Để đảmbảo những nhu cầu to lớn đó, chúng ta phải có một hệ thống cung cấp điện an toàn vàtin cậy

Do đó đồ án thiết kế hệ thống cung cấp điện là yêu cầu bắt buộc với sinh viênngành hệ thống điện Quá trình thực hiện đồ án sẽ giúp chúng ta có những hiểu biếttổng quan nhất về hệ thống điện cũng như các thiết bị trong thiết kế hệ thống điện

Với đồ án: “Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng cơ khí”, sau mộtthời gian làm đồ án, dưới sự hướng dẫn của thầy Trần Quang Khánh, đến nay, về cơbản em đã hoàn thành nội dung đồ án môn học này Do thời gian có hạn nên không thểtránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được sự chỉ bảo, giúp đỡ của các thầy cô để

đồ án này được hoàn thiện hơn Đồng thời giúp em nâng cao trình độ chuyên môn, đápứng nhiệm vụ công tác sau này

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Trần Quang Khánh đã giúp em hoàn thành

đồ án này

Hà Nội, tháng 06 năm 2011 Sinh viên thực hiện

Thiết kế cung cấp điện cho một xưởng sản xuất công nghiệp

Xưởng này được trang bị 15 loại thiết bị tiêu thụ điện Số liệu về kích thước của phân

xưởng (dài, rộng, cao), độ rọi yêu cầu của chiếu sáng phân xưởng, khoảng cách l từ

nguồn điện đến nhà xưởng, công suất của mỗi thiết bị tiêu thụ điện được cho như sau:

Tổn thất điện áp cho phép từ nguồn điện đến đầu vào của các thiết bị tiêu thụ điện

là ∆ UCP= 2,5% Cần bù công suất phản kháng để đạt đến hệ số công suất là cosϕ

= 0,9 Thời gian hoàn vốn Ttc= 8 năm, hệ số khấu hao thiết bị kkh=6% Thời

gian sử dụng công suất cực đại Tmax= 3500 h Công suất ngắn mạch tại điểm đấu

điện SN =2,65 MVA Thời gian tồn tại của dòng điện ngắn mạch tN =2,5 s Hệ số

công suất và hệ số sử dụng của các thiết bị tiêu thụ điện được cho như sau:

STT Tên thiết bị tiêu thụ điện Hệ số sử dụng ksd cosϕ

12 Máy tiện 0,45 0,76

I Nội dung của bản thuyết minh

1 Tính toán chiếu sáng cho phân xưởng

2 Tính toán phụ tải điện

- Phụ tải chiếu sáng

- Phụ tải thông thoáng và làm mát

- Phụ tải động lực

- Phụ tải tổng hợp

3 Vạch các sơ đồ cung cấp điện, chọn sơ đồ cung cấp điện hợp lý

4 Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị của sơ đồ nối điện

- Chọn tiết diện dây dẫn của mạng điện động lực, chọn tiết diện dây dẫn của mạngđiện chiếu sáng

- Chọn thiết bị bảo vệ

5 Tính toán và chọn tụ bù công suất phản kháng

6 Dự toán

II Bản vẽ

1 Mặt bằng phân xưởng với sự bố trí của các thiết bị

2 Sơ đồ mạng điện trên mặt bằng phân xưởng

3 Sơ đồ nguyên lý của mạng điện có chỉ rõ các mã hiệu và các tham số của thiết bịđược chọn

4 Bảng số liệu tính toán mạng điện

CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG CHO PHÂN XƯỞNG

Trong thiết kế chiếu sáng, vấn đề quan trọng nhất phải quan tâm là đáp ứng cácyêu cầu về độ rọi và hiệu quả của chiếu sáng đối với thị giác Ngoài độ rọi, hiệu quảcủa chiếu sáng còn phụ thuộc vào quang thông, màu sắc ánh sáng, sự lựa chọn hợp lýcùng sự bố trí chiếu sáng vừa đảm bảo tính kinh tế và mỹ quan hoàn cảnh Thiết kếchiếu sáng phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Phải tạo ra được ánh sáng giống ánh sáng ban ngày

Các hệ thống chiếu sáng bao gồm chiếu sáng chung, chiếu sáng cục bộ và chiếusáng kết hợp ( kết hợp giữa cục bộ và chung ) Do yêu cầu thị giác cần phải làm việcchính xác, nơi mà các thiết bị cần chiếu sáng mặt phẳng nghiêng và không tạo ra cácbóng tối sâu thiết kế cho phân xưởng thường sử dụng hệ thống chiếu sáng kết hợp

Chọn loại bóng đèn chiếu sáng: gồm 2 loại: bóng đèn sợi đốt và bóng đèn huỳnhquang Các phân xưởng thường ít dung đèn huỳnh quang vì đèn huỳnh quang có tần số

là 50Hz thường gây ra ảo giác không quay cho các động cơ không đồng bộ, nguy hiểmcho người vận hành máy, dễ gây ra tai nạn lao động Do đó người ta thường sử dụngđèn sợi đốt cho các phân xưởng sửa chữa cơ khí

Việc bố trí đèn khá đơn giản, thường được bố trí theo các góc của hình vuông hoặchình chữ nhật

Thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng cơ khí – sửa chữa có kích thước a.b.H là16.38.4,4 m ,Coi trần nhà màu trắng , tường màu vàng , sàn nhà màu sám ,với độ rọiyêu cầu là Eyc = 100 lux

Theo biểu đồ Kruithof ứng với độ rọi 60 lux nhiệt độ màu cần thiết là

sẽ cho môi trường ánh sáng tiện nghi Mặt khác vì là xưởng sữa chữa có nhiều máyđiện quay nên ta dùng đèn sợi đốt với công suất là 200W với quang thông là F= 3000lumen

Chọn độ cao treo đèn là : h’ = 0,5 m ;

Chiều cao mặt bằng làm việc là : hlv = 0,8 m ;

Chiều cao tính toán là : h = H – hlv = 4,4 – 0,8 = 3,6 m ;

Tỉ số treo đèn:

' '

Với loại đèn dùng để chiếu sáng cho phân xưởng sản xuất nên chọn khoảngcách giữa các đèn được xác định là L/h =1,5 (bảng 12,4) tức là:

L = 1,5 h = 1,5.3,6 = 5,4 m

Căn cứ vào kích thước phân xưởng ta chọn khoảng cách giữa các đèn là Ld =3,2 mét và Ln =2,9m => p=1,6m; q=1,45m;

Kiểm tra điều kiện:

hay 3, 2 1, 45 3, 2

3 < ≤ 2 và 2,9 1, 6 2,9

3 < ≤ 2 =>thỏa mãnNhư vậy là bố trí đèn là hợp lý

Vậy số lượng đèn tối thiểu để đảm bảo đồng đều chiếu sáng là Nmin = 65;

Hệ số không gian:

3,13( ) 3,6.(16 38)

kg

a b k

số không gian là kkg =4,337 ta tìm được hệ số lợi dụng kld = 0,6; Hệ số dự trữ lấy bằng

kdt=1,2; hệ số hiệu dụng của đèn là η=0,58 Xác định quang thông tổng

100.16.38.1, 2

209655,17

yc dt ld

Như vậy tổng số đèn cần lắp đặt là 65 được bố trí như sau:

Kiểm tra độ rọi thực tế:

3200.65.0,58.0,6

99,72 16.38.1, 2

Ngoài chiếu sáng chung còn trang bị thêm cho mỗi máy 1 đèn công suất 100 W

để chiếu sáng cục bộ, cho 2 phòng thay đồ và 2 phòng vệ sinh mỗi phòng 1 bóng 100W.Như vậy cần tất cả 19 bóng dùng cho chiếu sáng cục bộ

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN PHỤ TẢI

Tính toán phụ tải điện là công việc bắt buộc và đầu tiên trong mọi công trình cungcấp điện , giúp cho việc thiết kế lưới điện về sau của người kĩ sư Phụ tải tính toán cógiá trị tương đương với phụ tải thực tế về mặt hiệu ứng nhiệt , do đó việc chọn dây dẫnhay các thiết bị bảo vệ cho nó sẽ được đảm bảo

Có nhiều phương pháp tính toán phụ tải điện như phương pháp hệ số nhu cầu , hệ

số tham gia cực đại Đối với việc thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng sửa chữa cơkhí , vì đã có các thông tin chính xác về mặt bằng bố trí thiết bị , biết đựoc công suất

và quấ trình công nghệ của từng thiết bị nên ta sử dụng phương pháp hệ số nhu cầu đểtổng hợp nhóm phụ tải động lực Nội dung chính của phưong pháp như sau :

- Thực hiện phân nhóm các thiết bị có trong xưởng , mỗi nhóm khoảng từ 7 – 8thiết bị , mỗi nhóm đó sẽ được cung cấp điện từ 1 tủ động lực riêng , lấy điện từ 1 tủphân phối chung Các thiết bị trong nhóm nên có vị trí gần nhau trên mặt bằng phânxưởng Các thiết bị trong nhóm nên có cùng chế độ làm việc , số lượng thiết bị trong 1nhóm không nên quá 8 vì gây phức tạp trong vận hành , giảm độ tin cậy cung cấpđiện

- Xác định hệ số sử dụng tổng hợp của nhóm thiết bị theo biểu thức sau :

Σ sd

i

sdi i

P

k P

Σ Σ

- Xác định số lượng thiết bị hiệu dụng của mỗi nhóm nhd ( là 1 số qui đổi gồm có

nhd thiết bị giả định có công suất định mức và chế độ làm việc như nhau và tiêu thụcông suất đúng bằng công suất tiêu thụ của nhóm thiết bị thực tế ) Các nhóm ở đâyđều trên 4 thiết bị nên ta xác định tỷ số k

2 i

P

P

Σ Σ

- Hệ số nhu cầu của nhóm sẽ được xác định theo biểu thức sau :

Chiếu sáng cục bộ :

Pcb = (15+ 4).100 = 1900 W

Vậy tổng công suất chiếu sáng là:

Pcs = Pcs chung + Pcb = 13000 + 1900 = 14900 W = 14,9 kW

Vì đèn dùng sợi đốt nên hệ số cos của nhóm chiếu sáng là 1

2.2 Phụ tải thông thoáng và làm mát

Phân xưởng trang bị 30 quạt trần mỗi quạt có công suất là 120 W và 10 quạt hútmỗi quạt 80 W, hệ số công suất trung bình của nhóm là 0,8;

Tổng công suất chiếu sáng và làm mát là:Plm = 30.120 +10.80 = 4400 W = 4,4 kW

- P : công suất qui về chế độ làm việc dài hạn của thiết bị

- ε : hệ số tiếp điện của thiết bị

* Nhóm 1

Bảng 2.1 Bảng phụ tải nhóm 1.

TT Tên thiết bị Sốhiệu k sd cos φ P P 2 P.cosφ P.k sd

i

P n

6,175

0,36 17,6

i sdi sdn

i

P k k

P cos 16,52

17

i n

TT Tên thiết bị Sốhiệu k sd cosφ P P 2 P.cosφ P.k sd

i hdn

i

P n

i sdi sdn

i

P k k

i 2

P cos 10, 257

12,8

i n

i hdn

i

P n

i sdi sdn

i

P k k

P cos 13, 496

20,3

i n

P n

ni sdni sd

ni

P k k

Xác định phụ tải tổng hợp theo phương pháp số gia:

- Tổng công suất tính toán của 2 nhóm phụ tải chiếu sáng và làm mát:

0,04

4, 4 14,9 (( ) 0, 41).4, 4 17, 473

5

- Hệ số công suất tổng hợp:

VẠCH CÁC SƠ ĐỒ VÀ CHỌN SƠ ĐỒ CUNG CẤP ĐIỆN HỢP LÝ

Vị trí của trạm biến áp cần phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản sau :

- An toàn và liên tục cấp điện

- Gần trung tâm phụ tải, thuận tiện cho nguồn cung cấp đi tới

- Thao tác, vận hành, quản lý dễ dàng

- Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành nhỏ

- Bảo đảm các điều kiện khác như cảnh quan môi trường, có khả năng điềuchỉnh cải tạo thích hợp, đáp ứng được khi khẩn cấp

- Tổng tổn thất công suất trên các đường dây là nhỏ nhất

Căn cứ vào sơ đồ bố trí các thiết bị trong phân xưởng thấy rằng các phụ tải được

bố trí với mật độ cao trong nhà xưởng nên không thể bố trí máy biến áp trong nhà Vìvậy ta đật máy phía ngoài nhà xưởng ngay sát tường như minh hoạ dưới đây Khi xâydựng ngoài như thế cần chú ý đến điều kiện mỹ quan

3.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng:

- Hệ số điền kín đồ thị có thể được xác định theo biểu thức:

3.2 Chọn công suất và số lượng máy biến áp :

Ta chọn công suất và sô lượng máy biến áp 22/0,4 kV theo 3 phương án sau:

Phương án 1: dùng 2 máy 2.31,5 kVA

Phương án 2: dùng 2 máy 2.50 kVA

Phương án 3: dùng 1 máy 75 kVA

Bảng 3.1 Bảng số liệu các máy biến áp hãng ABB.

S Ba , kVA ∆P0; kW ∆Pk; kW Vốn đầu tư , 10 6 đ

áp, máy còn lại sẽ phải gánh toàn bộ phụ tải loại I và II của phân xưởng, đối với phương

án 3 sẽ phải ngừng cung cấp điện cho toàn phân xưởng Để đảm bảo tương đồng về kỹthuật của các phương án cần phải xét đến thành phần thiệt hại do mất điện khi có sự cốxảy ra trong các máy biến áp

Hàm chi phí tính toán quy đổi cho từng phương án:

Z = p.V + C + Yth đ/năm

C: thành phần chi phí do tổn thất C = ∆A.c∆

Với c∆ : giá thành tổn thất điện năng

Hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn đầu tư:

Th là tuổi thọ của trạm biến áp lấy bằng 25 năm

Hệ số khấu hao của trạm biến áp thểlấy bằng 6,4 %

sc qt

Như vậy máy biến áp có thể làm việc quá tải khi xảy ra sự cố, bởi vậy khi có sự

cố 1 trong 2 máy biến áp, ta chỉ cần cắt 15% phụ tải loại III mà không cần cắt phụ tảiloại II

Tổn thất trong máy biến áp được xác định theo biểu thức:

2

k 2

nBA2 2 2

0,7 44,25 2.0,15.8760 1968,16 3987,36 kWh

sc qt

Như vậy máy biến áp có thể làm việc quá tải khi xảy ra sự cố, bởi vậy khi có sự

cố 1 trong 2 máy biến áp, ta chỉ cần cắt 15% phụ tải loại III mà không cần cắt phụ tảiloại II

Tổn thất trong máy biến áp được xác định theo biểu thức:

2

k 2

nBA2 2 2

Nếu xảy ra sự cố thì ngừng cung cấp điện cho toàn phân xưởng

Tổn thất trong máy biến áp được xác định theo biểu thức:

nBA3 2 2

S

S44,25

Các kết quả tính toán được trình bày trong bảng sau

Bảng 3.2 Bảng kết quả các phương án chọn MBA.

6 Tổng chi phí qui đổi Z, 106đ/năm 3,98738 5,168266 7,048

Ta thấy phương án 1 có chi phí qui đổi nhỏ nhất Vậy ta đặt trạm biến áp gồm

2 máy 31,5 kVA

3.3 Lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu:

3.3.1 Sơ bộ chọn phương án:

Để cung cấp điện có thể có nhiều phương án đi dây, có thể dùng sơ đồ hình tia

có độ tin cậy cung cấp điện cao, có thể dùng sơ đồ đường trục, hoặc hỗn hợp.Với phânxưởng nên áp dụng sơ đồ tia vì các thiết bị điện khá tập trung Các phương án đượcnêu chi tiết dưới đây

Để cấp điện cho các động cơ máy công cụ, trong xưởng dự định đặt 1 tủ phânphối nhận điện từ trạm biến áp về và cấp điện cho 3 tủ động lực đặt rải rác cạnh tườngphân xưởng, mỗi tủ động lực cấp điện cho các nhóm phụ tải đã phân nhóm ở trên.Căn

cứ vào sơ đồ mặt bằng tiến hành xem xét 2 phương án sau:

Phương án 1: Đặt tủ phân phối tại trung tâm phụ tải và từ đó kéo cáp đến từng

tủ động lực

Phương án 2: Đặt tủ phân phối tại sát tường xưởng phía gần trạm biến áp phíangoài và kéo đường cáp đến từng tủ động lực

3.3.2 Tính toán chọn phương án tối ưu:

Ta chọn dây dẫn cao áp từ nguồn điện vào trạm biến áp là dây nhôm, dây dẫn

hạ áp là cáp đồng 3 pha mắc trong hào cáp

Tính toán cụ thể cho từng phương án:

a Phương án 1: Đặt TPP tại trung tâm phân xưởng.

Hình 3.2 Sơ đồ đặt tủ phân phối phương án 1.

- Xác định dây dẫn từ nguồn đến trạm biến áp:

+ Dòng điện chạy trong dây dẫn cao áp:

S I

U

+ Tiết diện dây cao áp có thể chọn theo mật độ dòng kinh tế Căn cứ vào bảng sốliệu ban đầu ứng với dây nhôm AC theo bảng 9.pl.BT [ 1 ] ta tìm được

jkt = 1,1 A/mm2

+ Tiết diện dây dẫn cần thiết:

1,161

1, 0551,1

kt

I F

+ Vốn đầu tư đường dây:

Tra bảng ta có suất vốn đầu tư đường dây cao áp

v0 = 218 (106 đ/km), vậy:

V = v0.L = 218.106.58.10-3 = 12,644.106đ

+ Hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn và khấu hao đối với dây dẫn cao áp:

036 , 0 131 , 0 036 , 0 1 ) 1 , 0 1 (

) 1 , 0 1 (

1 , 0 a 1 ) i 1

(

) i 1 (

i

15 kh

T T

h

h

+

= +

− +

+

= +

− +

U

Mật độ dòng kinh tế ứng với TM = 3500 h của cáp đồng jkt = 2,7 A/mm2

Vậy tiết diện dây cáp là:

j

+ Vốn đầu tư đường dây:

Tra bảng 32,pl [ 2 ]ta có suất vốn đầu tư đường dây v0 =576.106đ/km, vậy:

kt

I F

Tra bảng 32.pl [ 2 ] ta có suất vốn đầu tư đường dây v0 = 405.106đ/km, vậy:

+ Vốn đầu tư đường dây:

Tra bảng 32.pl [ 2 ] ta có suất vốn đầu tư đường dây v0 = 405.106đ/km, vậy:

Đoạn dây Công suất Dòng Tiết diện Điện trở Hao tổn Chi phí

- Tính toán hao tổn điện áp cực đại trong mạng điện hạ áp:

+ Hao tổn cực đại từ TBA – TPP – TĐL 1 – các máy thuộc TĐL 1:

ΔUM1 = ΔUTBA-TPP + ΔUTPP-ĐL1 + ΔUĐL1-4=0,47+1,31+0,63=2,41V

+ Hao tổn cực đại từ TBA – TPP – TĐL 2 – các máy thuộc TĐL 2:

ΔUM2 = ΔUTBA-TPP + ΔUTPP-ĐL2 + ΔUĐL2-10= 0,47 + 0,78 + 0,94 = 2,19V

+ Hao tổn cực đại từ TBA – TPP – TĐL 3 – các máy thuộc TĐL 3:

ΔUM3 = ΔUTBA-TPP + ΔUTPP-ĐL3 + ΔUĐL3-13= 0,47 + 1,32 + 1,01 = 2,8V

=> Hao tổn cực đại trong mạng điện hạ áp là:

ΔUMax = ΔUM3= 2,8V

- Hao tổn điện áp cho phép:

Như vậy, ΔUMax< ΔUcp => mạng điện đảm bảo yêu cầu kĩ thuật

* Phương án 2: Đặt tủ phân phối ở bên cạnh tường phân xưởng.

Hình 3.3 Sơ đồ đặt tủ phân phối phương án 2.

Tính toán tương tự như phương án 1, ta có bảng kết quả của phương án 2 như sau:

161,079 100,16 193,87 0,293 1506,10 138,10 1,506 24,57

Bảng 3.4 Bảng kết quả tính toán phương án 2.

- Tính toán hao tổn điện áp cực đại trong mạng điện hạ áp

+ Hao tổn cực đại từ TBA – TPP – TĐL 1 – các máy thuộc TĐL 1:

ΔUM1 = ΔUTBA-TPP + ΔUTPP-ĐL1 + ΔUĐL1-4= 0,37 + 0,41 + 0,63 = 1,41V

+ Hao tổn cực đại từ TBA – TPP – TĐL 2 – các máy thuộc TĐL 2:

ΔUM2 = ΔUTBA-TPP + ΔUTPP-ĐL2 + ΔUĐL2-10= 0,37 + 1,57 + 0,94= 2,88V

+ Hao tổn cực đại từ TBA – TPP – TĐL 3 – các máy thuộc TĐL 3:

ΔUM3 = ΔUTBA-TPP + ΔUTPP-ĐL3 + ΔUĐL3-13= 0,37 + 2,1 + 1,01 = 3,48V

=> Hao tổn cực đại trong mạng điện hạ áp là:

ΔUMax = ΔUM3 = 3,48V

- Hao tổn điện áp cho phép: