thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng cắt gọt kim loại

thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng cắt gọt kim loại

Đặt _Vấn_Đề

Phân xưởng cắt gọt kim loại là một bộ phận trong quá trình sản xuất củanhà máy cơ khí Nó chứa nhiều thiết bị với công suất khá lớn Bao gồm 30 thiết bịvới tổng công suất 74,2 (KW) thực hện nhiều khâu trong quá trình sản xuất ra sảnphẩm

Dựa vào tính chất, vai trò và tính liên tục cấp điện thì phân xưởng cắtgọt kim loại thuộc họ tiêu thụ loại 2 Do đó cần phải có một hệ thống cùn cấp điệnphù hợp

Việc thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng gồm có 4 phần Phần 1: Xác định phụ tải tính toán

Phần 2: Xác lập phương án cung cấp điện

Phần 3: Lựa chọn các phần tử cho hệ thống

Phần 4: Tính toán chiếu sáng cho phân xưởng

NHỮNG YÊU CẦU KHI THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN

Mục tiêu của nhiệm vụ thiết kế cung cấp điện là đảm bảo cho hộ tiêu thụ có

đủ điện năng đối với yêu cầu chất lượng điện tốt Có thể nêu ra một số yêu cầuchính sau:

1. Độ tin cậy cung cấp điện.

Độ tin cậy cung cấp điện phụ thuộc và hộ tiêu thụ thuộc loại nào Trong điềukiện cho phép ta cố gắng chọn phương án cung cấp điện có độ tin cậy càng caocàng tốt

2. Chất lượng điện.

Chất lượng điện đánh giá bằng 2 chỉ tiêu là tần số và điện áp Chỉ tiêu tần số

do cơ quan điều khiển hệ thống điện điều chỉnh Chỉ có những hộ tiêu thụ lớn mớiphảI quan tâm đến chế độ vận hành của mình sao cho phù hợp để góp phần ổn địnhtần số của hệ thống điện

Vì vậy người thiết kế cung cấp điện thường chỉ phải quan tâm đảm bảo chấtlượng điện áp cho khách hàng Nói chung điện áp ở lưới trung áp và hệ áp chophép dao động xung quanh giá trị 5% điện áp định mức,

Đối với phụ tải có yêu cầu cao về chất lượng điện áp nư các máy móc điện

tử, cơ chính xác… Điện áp chỉ cho phép dao độngtrong khoảng 2,5%

3. An toàn điện

Hệ thống cung cấp điện phải được vận hành an toàn đối với con người vàthiết bị Muốn đạt được yêu cầu đó người cung cấp phải lựa chọn đồ cung cấp rõràng, hợp lí Để tránh sự nhầm lẫn khi vận hành, các thiết bị phải được lựa chọnđúng chủng loại, đúng công suất Công tác lắp đặt, xây dựng phải được tiến hànhđúng, chính xác, cẩn thận Cuối cùng việc vận hành quản lí hệ thống điện có vai trò

đặc biệt quan trọng Người sử dụng phải tuyệt đối chấp hành những quy định về antoàn điện khi sử dụng.

4. Kinh tế

Khi đánh giá, so sánh các phương án cung cấp điện chỉ tiêu kinh tế chỉđược xét đến khi các chỉ tiêu kỉ thuật trên đã được đảm bảo Chỉ tiêu kinh tế đượcđánh giá qua: Tổng số vốn đầu tư, chi phí vận hành và thời gian thu hồi vốn đầu tư.Việc tính toán đánh giá chỉ tiêu kinh tế phải thông qua tính toán và so sánh tỉ mỉgiữa các phương án, từ đó lựa chọn được phương án cung cấp điệm tối ưu nhất

I> XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CHO PHÂN XƯỞNG.

A.Các phương án xác định phụ tải tính toán.

Phụ tải tính toán là một số liệu rất cơ bản dùng để thiết kế hệ thống cung cấpđiện

Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụtải thực tế (biến đổi) về mặt hiệu quả phát nhiệt hoặc mức độ hủy hoại cách điện.Nói cách khác phụ tải tính toán cũng đốt nóng thiết bị lên tới nhiệt độ tương tự nhưphụ tải thực tế gây ra Vì vậy khi chọn các thiết bị theo phụ tải tính toán sẽ đảmbảo an toàn cho thiết bị về mặt đốt nóng

Phụ tải tính toán được sử dụng để lựa chọn kiểm tra các thiết bị trong hệthống cung cấp điện như: máy biến áp, dây dẫn, các thiết bị đóng ngắt 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 tốsau: công suất, số lượng, chế độ làm việc của các thiết bị điện, trình độ và phươngthức vận hành hệ thống

Nếu phụ tải tính toán được nhỏ hơn phụ tải tính toán thực tế thì sẽ giảm đituổi thọ của thiết bị điện, khả năng dẫn điện và cháy nổ… ngược lại các thiết bịđược chọn sẽ dư thừa công suất làm tăng vốn đầu tư, gia tăng tổn thất… Vì vậy đã

có nhiều công trình nghiên cứu về phương pháp xác định phụ tải tính toán, songcho đến nay chưa có phương pháp nào hoàn thiện Những phương pháp cho kếtquả đủ tin cậy thì lại quá phức tạp, khối lượng tính toán các thông tin ban đầu đòihỏi quá lớn và ngược lại có thể đưa ra một số phương pháp thường được sử dụngnhiều hơn cả để xác định phụ tải tính toán khi quy hoạch và thiết kế hệ thống cungcấp điện Cụ thể là:

1> Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu knc

Trong đó - P d là công suất đặt của các thiết bị ( KW )

- Pdm là công suất định mức của thiết bị ( KW )

- Ptt là công suất tác dụng ( KW )

- Qtt là công suất phản kháng ( Kvar )

- Stt là công suất biểu diển tính toán ( KVA )

p p

p

p p

p

+ + +

+ + +

cos

cos cos

2 1

2 2 1

Cách tính toán phụ tải tính toán theo phương pháp này có ưu điểm là tínhtoán đơn giản, thuận tiện Vì vậy được sử dụng rộng rãi tuy nhiên còn có nhiềunhược điểm như hệ số nhu cầu tra trong các sổ tay kĩ thuật là một trị số nhất định,nhưng thực tế

knc = ksd.kmax

Trong đó: ksd và kmax lại phụ thuộc vào quá trình sản xuất và số thiết bị trongnhóm máy, hai yếu tố này thường xuyên thay đổi Vì vậy knc khi tra bảng sẽ khôngphản ánh đầy đủ, dẫn đến mất chính xác

2> Xác định phụ tải tính toán theo công suất phụ tải trên một đơn vị diện tích

Ptt = P0 F

Trong đó: -F là diện tích đặt máy sản xuất ( m2)

- P0 là công suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất ( KW/m2)

Trị số P0 có tể tra trong các sổ tay thiết kế, trị số P0 của từng loại phânxưởng do kinh nghiệm vận hành mà có

Phương pháp này chỉ cho kết quả gần đúng vì vậy thường được sử dụngđểtính toán sơ bộ khi so sánh các phương án hay áp dụng cho phân xưởng có mật độmáy phân bố đều trên mặt bằng như phân xưởng cơ khí, dệt, sợi, nguội…

3> Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sảnphẩm

max 0

¦

T

W M

P tt =

Trong đó:

- M là số đơn vị sản phẩm sản xuất trong 1 năm

- W0 là suất tiêu hao điện năng cho 1 đơn vị sản phẩm (KWh/Đơn vị sp)Phương pháp này thường tính toán cho các thiết bị điện có đồ thị phụ tải ítbiến đổi hoặc không biến đổi như quạt gió, bơm nước, máy nén khí …Khi đó phụtải tính toán gần bằng phụ tải trung bình và kết quả tương đối chính xác

4> Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại Kmax và công suất trung bình Ptb(Phương pháp thiết bị điện hiệu quả)

Nếu không có số liệu chính xác thì hệ số phụ tải có thể lấy như sau:

+ Đối với thiết bị làm việc ngắn hạn kpt = 0,9

+ Đối với thiết bị làm việc ngắn hạn lặp lại kpt = 0,75

c Trường hợp nhq > 300 và ksd <0,5 thì hệ số cực đại kmax được lấy với nhq =300

Pkcb = P fa∑max 3pha P famin

−

100

+ Nếu Pkcb ≤ 15%∑3 pha thì lấy công suất một pha coi là công suất 3 pha

Nếu Pkcb ≥ 15%∑3 pha thì - thiết bị đó mắc vào điện áp pha P = 3P1fa

- thiết bị đó mắc vào điện áp dây P = 3P1fa

5> Xác định phụ tải tính toán cho một số phụ tải đặc biệt (phụ tải định nhọn )

Phụ tải định nhọn là phụ tải xuất hiện trong 1 đến 2s trong mạng điện thường thìphụ tải định nhọn do động cơ khởi động

+ Đối với một số thiết bị

động cơ không đồng bộ roto dây quấn: Kmm = 2,5÷3

+ Đối với một nhóm thiết bị:

 Trong các phương pháp xác định phụ tải tính toán thì tùy theo yêu cầu tínhtoán và những thông tin có thể có được về phụ tải, người thiết kế có thể lựa chọncác phương pháp phù hợp để xác định cho thích hợp

Với đề tài thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng này thì ta đã biếtđược danh sách các thiết bị, chế độ làm việc của mổi ngày, công suất, hệ số cosϕ

Của từng máy nên khi tính toán phụ tải động lực của phân xưởng có thể áp dụngphương pháp xác định phụ tải theo công suất trung bình và hệ số cực đại Kmax Đốivới phụ tải chiếu sáng thì xác định bằng phương pháp chiếu sáng trên 1 đơn vị sảnxuất

B GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN THEO CÔNG THỨC TRUNG BÌNH VÀ HỆ SỐ CỰC ĐẠI K MAX

∑

=

i dmi sd

P

1 max

n

i dmi

P P

1 2 1

2 ) (

Khi n lớn thì việc xác định nhq theo biểu thức trên khá phiền phức nên có thểxác định nhq theo phương pháp gần đúng với sai số tính toán nằm trong khoảng nhỏhơn hoặc bằng 10%

> 3 và Ksd ≥ 0,2 thì nhq sẽ được tính bằng công thức:

nhq =

max 1 2

+ Nếu không rơi vào các trường hợp trên thì ta phải xác định nhq theo các bước sau:

- Bước 1: Tìm n1 số thiết bị có công suất lớn hơn hoặc bằng 50% công suấtlớn nhất của thiết bị của nhóm có n thiết bị

Trong đó: - n là số thiết bị trong nhóm

- n1 là số thiết bị có công suất 50% công suất của thiết bị có công suất lớn nhất

- P là công suất của n thiết bị

- P1 là công suất của n1 thiết bị

Sau khi tìm được n* và P* ta tra bảng tìm được n*hq

- Bước 3: Tính nhq = n n*hq

 Sau khi tìm được nhq ta kết hợp với Ksdtb để tính Kmax Từ đó kết hợp với cácđiều kiện khác đẻ tính Ptt

C Tính toán

1 Phân nhóm phụ tải

Vì đây là hộ tiêu thụ loại 2 nên hệ thống cung cấp điện cho các thiết bị trongphân xưởng phảI đảm bảo độ tin cậy cao Do đó chọn phương án cung cấp điện chophân xưởng phảI dựa vào cơ sở lựa chọn và bố trí các thiết bị theo nhóm

Mục đích của việc phân nhóm để thuận tiện cho việc đóng cắt, điều khiểncác thiết bị, tạo thuận lợi cho việc quản lý, sử dụng Các thiết bị trong cùng mộtnhóm sẽ được điều khiển tại một tủ động lực Việc phân nhóm phải đảm bảo cácyêu cầu sau:

 Các thiết bị trong cùng một nhóm nên ở gần nhau để đảm bảo chiều dàiđường dây hạ áp nhờ vậy có thể tiết kiệm được vốn đầu tư và tổn thất trêncác đường dây hạ áp

 Chế độ làm việc của các thiết bị trong cùng một nhóm nên giống nhau đểxác định phụ tải tính toán được chính xác hơn và thuận lợi cho việc lựa chọnphương pháp cấp điện cho nhóm

 Tổng công suất của các máy, thiết bị nên xấp xỉ bằng nhau để đảm bảochủng loại tủ động lực cần dùng cho phân xưởng Số thiết bị của một nhómkhông nên quá nhiều bởi số đầu ra của các tủ động lực thường là 8 ÷ 12đầu ra

Tuy nhiên với thực tế thì khó thỏa mãn được cả 3 điều kiện trên, do vậy

người thiết kế phải lựa chọn phương pháp phân nhóm sao cho hợp lý nhất

Dựa vào mặt bằng bố trí phân xưởng và bản thiết kế khai danh sách thiết bịcủa phân xưởng cắt gọt kim loại, dựa theo nguyên tắc phân nhóm trên ta có thể chiacác thiết bị trong phân xưởng này thành 5 nhóm

2 Xác định phụ tải tính toán của từng nhóm thiết bị

a Tính toán cho nhóm I

TT Tên thiết bị Số lượng Công suất Cosϕ Ksd

Nhóm I có tất cả 9 thiết bị nên n=9, có tổng công suất là 58,2 (kW)

Thiết bị có công suất lớn nhất là máy tiện Pđm = 7(kW) , một nửa công suấtcủa máy là 3,5(kW)

Vậy có n1 =8 thiết bị có công suất lớn hơn trị số máy với tổng công suất

P1=56(kW) Xác định n*,P*

20 , 0 7 , 8 5 , 0 2 2 1

P

K

P K

Tra bảng PL1.5 ta tìm được hẹ số cực đại Kmax

0 , 65

2 , 58

8 , 7 65 0 2 , 2 65 , 0

cos cos

1 :

1 :

P

P

ϕ ϕ

1 , 169

1 =

⇒tgϕtbPhụ tải tính toán phản kháng của nhóm I là:

84 , 33

3

U

Sdm

Nhóm II có tất cả 7 thiết bị nên n=7 , có tổng công suất là 56,2 (kW)

Thiết bị có công suất lớn nhất là máy bào Pdm = 10 (kW) , một nửa công suấtcủa máy là 5(kW)

Vậy có n1 = 6 thiết bị có công suất lớn hơn trị số này với tổng công suất

P1= 54 (kW)

Xác định n*,P*

15 , 0 2 , 2 1 20 , 0 7 , 2 15 , 0 10 4

P

K

P K

Tra bảng PL1.5 ta tìm được hệ số cực đại Kmax

4 10 65 , 0 2 67 0 2 , 2 65 , 0

cos cos

1 :

1 :

73 , 23 cos

2

2 2

Dòng điện tính toán nhóm II là :

Itt2 = 56 , 59 ( )

38 , 0 3

25 , 37

3

U

Sdm

Nhóm III có tất cả 5 thiết bị nên n =5 , có tổng công suất là 46,2 (kW)

Thiết bị có công suất lớn nhất là máy bào Pdm = 11 (kW) , một nửa công suấtcủa máy là 5,5(kW)

Vậy có n1 = 4 thiết bị có công suất lớn hơn trị số này với tổng công suất

15 , 0 11 4 15 , 0 2 , 12

P

K

P K

Tra bảng PL1.5 ta tìm được hệ số cực đại Kmax

Kmax3 = f(nhq,Ksdtb) = 3,81

Vậy ta có phụ tải tính toán của nhóm III là :

4 , 11 65 0 2 , 2 65 , 0

cos cos

1 :

1 :

61 , 40

3

U

Sdm

d) Tính toán cho nhóm IV

TT Tên thiết bị Số lượng Công suất cos ϕ Ksd

Nhóm IV có tất cả 5 thiết bị nên n = 5 , có tổng công suất là 46,2 (kW)

Thiết bị có công suất lớn nhất là máy bào Pdm = 11 (kW) , một nửa công suấtcủa máy là 5,5(kW)

Vậy có n1 = 4 thiết bị có công suất lớn hơn trị số này với tổng công suất

15 , 0 11 2 15 , 0 11 2 15 , 0 2 , 2 1

P

K

P K

Tra bảng PL1.5 ta tìm được hệ số cực đại Kmax

2 11 60 , 0 2 11 65 0 2 , 2 65 , 0

cos cos

1 :

1 :

1 , 245

4 =

⇒tgϕtb

Phụ tải tính toán phản kháng của nhóm IV là:

17 , 42

3

U

Sdm

Nhóm V có tất cả 4 thiết bị nên n =4 , có tổng công suất là 44 (kW)

Thiết bị có công suất lớn nhất là máy bào Pdm = 7,5 (kW) , một nửa công suấtcủa máy là 7,5(kW)

Vậy có n1 = 2 thiết bị có công suất lớn hơn trị số này với tổng công suất

0 , 16

44

15 , 0 15 2 20 , 0 7 2

P

K

P K

Tra bảng PL1.5 ta tìm được hệ số cực đại Kmax

cos cos

1 :

1 :

60 , 50

3

U

Sdm

3 Tính toán cho phân xưởng

Phụ tải động lực của phân xưởng:

- Ptti là phụ tải tính toán thử i.

Phụ tải chiếu sáng của phân xưởng :

Phụ tải chiếu sáng được tính theo phương pháp công suất chiếu sáng trênmột đơn vị diện tích

Pcs = P0 F

Trong đó:

- P0 là công suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích chiếu sáng (W/m2)

- F là diện tích được chiếu sáng

Trong phân xưởng cắt gọt kim loại, hệ thống chiếu sáng sử dụng đèn sợi đốt

có suất phụ tải chiếu sáng P0 = 14 (W/m2) (Tra bảng PL1.7)

- Phụ tải toàn phần của phân xưởng kể cả chiếu sáng là:

(Thiếu từ nửa trang 19 - 34)

I ≥ (của nhóm hay phân xưởng).

Trong đó: - UđmA là điện áp định mức của aptômat.

- IđmA là dòng điện định mức của aptômat tổng

- Số lối ra và vào phù hợp với sơ đồ đi dây

tt ra

đm I

I ≥

- Thiết bị bảo vệ phù hợp với sơ đồ nối dây và yêu cầu của phụ tải

- Kiểu loại tủ phù hợp với phương thức lắp đặt, vận hành, địa hình và khíhậu

Số thiết bị trong nhóm là 9 thiết bị Vậy ta chọn tủ động lực nhóm I là thiết

bị đóng cắt bảo vệ cân bằng cầu dao và cầu chì Vậy ta chọn loại tủ Cπ 58 − 1 −II

Số thiết bị trong nhóm là 5 thiết bị Vậy ta chọn tủ động lực nhóm III là thiết

bị đóng cắt bảo vệ bằng cầu dao và cầu chì Vậy ta chọn loại tủ Cπ 58 − 1 −II

f.1.4 Chọn tủ động lực cho nhóm IV.

Uđm mạng = 0.38 (KV)

Itt nhóm IV = 64.07 (A)

Idc = 100 (A)

Số thiết bị trong nhóm là 5 thiết bị Vậy ta chọn tủ động lực nhóm IV là thiết

bị đóng cắt bảo vệ bằng cầu dao và cầu chì Vậy ta chọn loại tủ Cπ 58 − 1 −II

f.1.5 Chọn tủ động lực cho nhóm V.

Uđm mạng = 0.38 (KV)

Itt nhóm IV = 76.87 (A)

Idc = 150 (A).

Số thiết bị trong nhóm là 4 thiết bị Vậy ta chọn tủ động lực nhóm V là thiết

bị đóng cắt bảo vệ bằng cầu dao và cầu chì Vậy ta chọn loại tủ Cπ 58 − 1 −II

Kết quả các nhóm được ghi ở bảng sau:

Kiểu tủ Nhó

m

Số thiết bị Itt (A) Dòng định mức

đầu vào (A)cầu dao, cầuchì

Số đường dây

ra vào dòngđịnh mức ra

Kiểu tủ Cπ 58 − 1 −II Bảng 2-9 trang 627 sách cung cấp điện

Tủ có 1 cầu dao, cầu chì đầu vào

f.2 Chọn tủ phân phối.

f.2.1 Chọn aptômat tổng.

38 0 3

59 192

S I

f.2.2 Chọn aptômat nhánh.

Theo kết quả tính toán trong phần phụ tải tính toán ta có

Itt nhóm I = 51.41 (A)

Itt nhóm II = 56.59 (A)

Itt nhóm III = 61.70 (A)

Itt nhóm IV= 64.07 (A)