Đồ án môn học cung cấp điện

Vũ Hoàng Hà _ Đ1 – H1 Page 1 CUNG CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT CÔNG NGHIỆP Họ và tên người thiết kế : Vũ Hoàng Hà Đề tài : Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng cơ khí _ s

Vũ Hoàng Hà _ Đ1 – H1 Page 1

CUNG CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT CÔNG NGHIỆP

Họ và tên người thiết kế : Vũ Hoàng Hà

Đề tài : Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng cơ khí _ sửa chữa

với tên người thiết kế là Vũ Hoàng Hà với các thông số như sau: Tỷ lệ phụ tải điện

loại I và II là 85% Hao tổn điện áp cho phép trong mạng điện hạ áp là ∆Ucp = 3,5%

Hệ số công suất cần nâng lên là cosφ = 0,92 Hệ số chiết khấu i = 10% Thời gian sử

dụng công suất cực đại TM = 5200(h) Công suất ngắn mạch tại điểm đấu điện

Sk =3,54(MVA) ; thời gian tồn tại của dòng ngắn mạch là tk = 2,5s Khoảng cách từ

nguồn điện đến trung tâm của phân xưởng L = 38(m), chiều cao nhà xưởng

H = 4(m) Giá thành tổn thất điện năng C∆ = 1000 đ/kWh ; suất thiệt hại do mất

điện là gth = 4500 đ/kWh Các tham số khác lấy trong phụ lục và sổ tay thiết kế cung

cấp điện

Vũ Hoàng Hà _ Đ1 – H1 Page 2

PHẦN I : Giới thiệu chung

1 Chúng ta thiết kế cho phân xưởng cơ khí _ sửa chữa với tổng diện tích sàn là

864 m2, được xếp vào phụ tải loại I cần có độ tin cậy cung cấp điện lớn Điện năng cung cấp cho phân xưởng được lấy từ trạm biến áp (TBA) phân phối

2 Về phụ tải điện : chia làm 2 loại là phụ tải chiếu sáng và phụ tải động lực Các phụ tải chủ yếu sử dụng cấp điện áp 0,4 kV, một số ít máy có công suất lớn sử dụng cấp điện áp lớn hơn

3 Trong quá trình thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng cần chú ý đến yếu tố phát triển phụ tải, thay đổi công nghệ…Cần phải thiết kế linh hoạt để phù hợp với

sự thay đổi

Vũ Hoàng Hà _ Đ1 – H1 Page 3

PHẦN II : THIẾT KẾ CHI TIẾT Chương 1: Thiết kế hệ thống chiếu sáng

- Tài liệu tham khảo trong phần này sử dụng giáo trình “Bảo hộ lao động và kỹ

thuật an toàn điện ”

- Tổng diện tích sàn 864m2, các kích thước a × b × H = 36 × 24 × 4 (m) Coi trần có màu trắng, tường màu vàng

1 Chọn độ rọi yêu cầu

Căn cứ vào đặc điểm và tính chất chiếu sáng trong phân xưởng và tra bảng 2.8, ta chọn độ rọi yêu cầu nằm trong khoảng 50 ÷ 100 lx Ta chọn độ rọi yêu cầu

Eyc = 50 lx

2 Chọn kiểu bóng đèn

- Theo biểu đồ Kruithof ứng với độ rọi 100 lx nhiệt độ màu cần thiết là 3000K

sẽ cho môi trường sáng tiện nghi Do trong xưởng có sử dụng nhiều máy điện quay nên ta chọn đèn sợi đốt công suất 200W, tra bảng 1.pl ta được quang thông F = 3000

lm

3 Chọn kiểu chiếu sáng

Do phân xưởng cần có độ sáng cao nên ta chọn cách chiếu sáng trực tiếp để

có hiệu suất lớn, tuy nhiên sẽ gây ảnh hưởng làm tường và trần nhà bị tối

- Để đảm bảo độ đồng đều chiếu sáng tại mọi điểm, khoảng cách đường biên

phải thỏa mãn điều kiện :

- Căn cứ vào các kích thước của nhà xưởng ta chọn như sau :

• Xét theo chiều ngang b = 24m, ta bố trí một hàng có n = 5 đèn với khoảng cách giữa các đèn Ln = 4,8m Khoảng cách giữa tường và đèn (biên ngang):

So sánh với điều kiện (3) ta thấy thỏa mãn

• Xét theo chiều dọc a = 36m, ta bố trí một cột có n = 8 đèn với khoảng cách giữa các đèn Ld = 4,6m Khoảng cách giữa tường và đèn (biên dọc) :

E S k F

kg

a b K

FΣ = × × =

8 Kiểm tra độ rọi tại các điểm chiếu sáng

Độ rọi thực tế trên bề mặt chiếu sáng được xác định theo biểu thức :

Vậy số đèn đưa ra là hợp lý Ta bố trí đèn như sau :

• Xét theo chiều ngang : vẫn bố trí một hàng 5 bóng và khoảng cách mỗi bóng là 4,8m Điều kiện đã xét ở trên

• Xét theo chiều dọc : bố trí một hàng có 10 bóng với khoảng cách mỗi bóng là Ld = 3,6m Khoảng cách giữa tường và đèn (biên dọc) :

Như vậy hệ thống thiết kế chiếu sáng được đảm bảo

Ngoài ra, để đảm bảo ánh sáng làm việc của các máy cơ khí ta cần thiết kế tại nơi đặt mỗi máy thêm 1 bóng đèn để chiếu sáng cục bộ, cần đặt thêm tại 2 nhà vệ

Vũ Hoàng Hà _ Đ1 – H1 Page 7 sinh và 2 phòng thay đồ mỗi nơi 1 bóng, công suất của mỗi bóng là 100W Vậy tống

số lượng bóng dùng trong chiếu sáng cục bộ là 43 bóng

Vũ Hoàng Hà _ Đ1 – H1 Page 8

Chương 2 : Tính toán phụ tải điện

Bảng phụ tải của phân xưởng cơ khí – sửa chữa N 0 4

Vũ Hoàng Hà _ Đ1 – H1 Page 9

Vũ Hoàng Hà _ Đ1 – H1 Page 10

I Phụ tải chiếu sáng

- Công suất tác dụng chiếu sáng :

II Phụ tải thông thoáng và làm mát

Cần trang bị cho phân xưởng 24 quạt trần công suất mỗi quạt 120W, 8 quạt hút công suất mỗi quạt 80W, chọn hệ số công suất trung bình là 0,8 Tổng công suất phụ

tải thông thoáng và làm mát là :

tb

P S

- Các thiết bị có cùng chế độ làm việc để xác định phụ tải tính toán chính xác và thuận tiện thiết kế cung cấp điện riêng cho từng nhóm

Vũ Hoàng Hà _ Đ1 – H1 Page 12

- Công suất thiết bị trong nhóm cần cân đối, tránh chênh lệch giữa các nhóm

Điều đó làm giảm chủng loại tủ động lực trong phân xưởng và trong toàn nhà máy

- Các thiết bị trong nhóm nên quy hoạch trong 1 khu vực để thiết kế sơ đồ đi

dây dễ dàng, tránh sự chồng chéo dây dẫn đồng thời làm giảm khối lượng dây dẫn hạ

áp

- Số lượng thiết bị trong một nhóm cần có giới hạn nhất định

Tuy nhiên rất khó để có thể đáp ứng được tất cả các điều kiện trên, vì thế tùy vào

điều kiện cụ thể mà người thiết kế có thể đưa ra được phương án phân nhóm tối ưu

Từ các phân tích trên, chúng ta đưa ra được 5 nhóm phụ tải động lực như sau:

lượng

Số hiệu trên sơ đồ

Hệ số

Vũ Hoàng Hà _ Đ1 – H1 Page 13

Nhóm IV

P S

c ϕ

= ;

2 Phương pháp tính toán phụ tải

Để tính toán phụ tải cho từng nhóm ta áp dụng phương pháp “ hệ số nhu cầu”

theo giáo trình “ hệ thống cung cấp điện _ TS Trần Quang Khánh ” phương pháp

được xác định như sau :

n i

P k k

P

= Σ

=

Vũ Hoàng Hà _ Đ1 – H1 Page 15

- Số lượng hiệu dụng :

2 2

i

i

n hd

n

P n

P

∑ (5) Nếu trong trường hợp số lượng thiết bị điện lớn hơn 4 và giá trị của tỷ số giữa phụ tải có công suất lớn nhất và phụ tải có công suất nhỏ nhất Xét hệ số Xét hệ số

nhỏ hơn các giá trị kb ứng với hệ số sử dụng tổng hợp, thì có thể lấy giá trị

n

i n i i

P c c

đồ

Hệ số

n s d i

s d

n i

k

P

= Σ

=

∑

Vũ Hoàng Hà _ Đ1 – H1 Page 17

- Ta có số thiết bị n=8 > 4, xét hệ số , tra bảng 2.4 ứng với giá trị ksdΣ = 0,341 ta có kb = 3,7 Ta thấy k > kb vậy số lượng hiệu dụng nhóm thiết bị :

2 2

6 , 4 8

1 2 5 0

i i

n

h d

n

P n

- Công suất phản kháng : Qtt = Ptt tgφ = 59,994 (kVAr)

- Công suất biểu kiến : 54 80, 717

os 0, 669

tt tt

P S

Hệ số

n s d i

s d

n i

P k k

P

= Σ

=

∑

• Số thiết bị n=8 > 4

• Xét hệ số , tra bảng 2.4 ứng với giá trị của

ksdΣ = 0,553 ta có kb = 5,8 Ta thấy k <kb vậy số lượng hiệu dụng nhóm thiết bị :

Vũ Hoàng Hà _ Đ1 – H1 Page 19

- Công suất phản kháng : Qtt = Ptt tgφ = 24,53.1,265 = 31,03(kVAr)

- Công suất biểu kiến 24, 53 39, 565

os 0, 62

tt tt

P S

Hệ số

- Hệ số sử dụng tổng hợp :

7

1 7

n s d i

s d

n i

P k k

P

= Σ

=

∑

• Số thiết bị n=7 > 4

• Xét hệ số , tra bảng 2.4 ứng với giá trị của

ksdΣ = 0,372 ta có kb = 3,4 Ta thấy k >kb vậy số lượng hiệu dụng nhóm thiết bị :

Vũ Hoàng Hà _ Đ1 – H1 Page 20

2 2

( ) 2 9 4 8 , 4 9

5 , 0 6 1

5 8 2 , 5 9

i i

n

h d

n

P n

- Công suất phản kháng : Qtt = Ptt tgφ = 35,357.1,169 = 41,332(kVAr)

- Công suất biểu kiến 35, 357 54, 395

os 0, 65

tt tt

P S

Vũ Hoàng Hà _ Đ1 – H1 Page 21

n s d i

s d

n i

P k k

P

= Σ

- Phụ tải tính toán nhóm IV :

25, 522

36, 564

os 0, 698

tt tt

P S

Hệ số

Máy tiện ngang bán tự động 1 26 0,35 0,67 22 32,836 7,7

Máy tiện ngang bán tự động 1 27 0,35 0,67 12 17,910 4,2

Vũ Hoàng Hà _ Đ1 – H1 Page 23

- Hệ số sử dụng tổng hợp :

8

1 8

n s d i

s d

n i

P k k

P

= Σ

=

∑

- Số thiết bị n=8 > 4, xét hệ số , tra bảng 2.4 ứng với giá trị của ksdΣ = 0,435 ta có kb = 4,35 Ta thấy k <kb vậy số lượng hiệu dụng nhóm thiết bị : nhd = n = 8

- Phụ tải tính toán nhóm V :

8 1

P S

n s d i

s d

n i

k

P

= Σ

=

∑

- Số nhóm thiết bị n=5 > 4, xét hệ số

, tra bảng 2.4 ứng với giá trị của ksdΣ = 0,422 ta

có kb = 4,22 Ta thấy k >kb vậy số lượng hiệu dụng nhóm thiết bị :

2 2

( ) 7 3 3 6 1 , 8 9

3 , 2 3 2

2 2 6 9 7

i i

n

h d

n

P n

Vũ Hoàng Hà _ Đ1 – H1 Page 25

- Công suất tính toán phụ tải động lực :

8 1

P S

Chúng ta tổng hợp phụ tải chiếu sáng, làm mát và phụ tải động lực bằng phương pháp số gia :

i i

i i

P

k =⎛ ⎞⎜ ⎟ −

⎝ ⎠ đối với mạng điện cao áp;

Áp dụng phương pháp số gia với mạng điện thiết kế là hạ áp, ta cộng từng cặp phụ tải bắt đầu từ phụ tải có công suất bé nhất và kết thúc bằng phụ tải có công suất lớn nhất Ta có Plm< Pcs<Pđl

Phụ tải tính toán của thiết bị làm mát và thiết bị chiếu sáng :

0,043,52

P S

c Σϕ

Vũ Hoàng Hà _ Đ1 – H1 Page 27

Chương 3 : Xác định sơ đồ cấp điện cho phân xưởng

Nhận xét chung : Việc thiết kế sơ đồ cấp điện cho phân xưởng được xem là phần quan trọng nhất trong quá trình thiết kế, ảnh hưởng đến toàn bộ các chỉ tiêu kỹ thuật

và kinh tế của hệ thống Một sơ đồ cung cấp điện phải đảm bảo các yêu cầu sau :

- Đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật

- Đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế

- Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

- Đảm bảo an toàn cho người sử dụng và hệ thống

- MBA phải đảm bảo cung cấp điện liên tục, chất lượng và an toàn Dung lượng MBA chọn phải thỏa mãn điều kiện :

.hc dmB tt

Trường hợp sự cố : ( n − 1) k k Shc qt dmB ≥ Sttsc

S k

- Do mật độ phụ tải trong phân xưởng lớn nên không thể đặt TBA bên trong, cần thiết kế đặt TBA bên ngoài

II Chọn công suất và số lượng MBA

1 Đánh giá chung

- Chúng ta chọn MBA có hệ số k = 22/0,4 kV với số lượng như sau :

• Phương án 1 : chọn 2 MBA công suất 2×160 kVA

• Phương án 2 : chọn 1 MBA công suất 320 kVA

• Phương án 3 : chọn 1 MBA công suất 400 kVA

- Để đánh giá trong 3 phương án, phương án nào là phương án tối ưu, ta dựa vào các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

- Chỉ xét đến các trường hợp sự cố xảy ra đơn lẻ, các sự cố không gây ảnh hưởng đến sự cố khác

Vũ Hoàng Hà _ Đ1 – H1 Page 29

2 Đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật

Đối với cung cấp điện phân xưởng thì độ tin cậy cung cấp điện là rất quan trọng, các phương án có độ tin cậy cung cấp điện là khác nhau, do đó ta đánh giá chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu là độ tin cậy cung cấp điện

- Phương án 1 : khi sự cố xảy ra ở một trong hai MBA, tất cả phụ tải sẽ dồn lên MBA còn lại với công suất MBA là 160kVA, ta cắt phụ tải loại III :

tt

S S

sc qt

nB

S k S

Vũ Hoàng Hà _ Đ1 – H1 Page 30

3 Đánh giá các chỉ tiêu kinh tế

Xét hàm chi phí quy dẫn của TBA:

Z = p V + C + Y = p m n S + + Δ A cΔ + Y

- Trong đó : ∆A – tổn thất điện năng

c∆ _ giá thành tổn thất điện năng, lấy c∆ = 1000 đ/kW

- Hệ số chiết khấu i = 0,1 ; tuổi thọ công trình Th = 25 năm Ta có hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn đầu tư :

25 25

(1 ) 0,1(1 0,1)

0,110(1 ) 1 (1 0,1) 1

h h

T

tc T

i i a

Với : gth - suất thiệt hại do mất điện là gth = 4500 đ/kWh

Tf - Thời gian mất điện, đối với MBA phân phối chọn Tf = 24h

Ö Yth = Pth× 4500 24 108 × = Pth× 103

- Tổn thất điện năng :

2 N

Vũ Hoàng Hà _ Đ1 – H1 Page 31

- Tra bảng 30.pl ta có giá trị vốn đầu tư TBA phân phối có hệ số k = 22/0,4 kV

như sau :

Hệ số kinh tế Hệ số kỹ thuật Công suất S

Lượng công suất thiếu hụt do mất điện bằng tổng công suất phụ tải loại III và

lượng phụ tải cắt thêm của phụ tải loại II : Sth1 = ScΣ = 88,307 (kVA)

Vũ Hoàng Hà _ Đ1 – H1 Page 32

b) Phương án 2

- Tổn thất trong MBA :

2 2

- Vốn đầu tư TBA : V = 86.106 đồng

Chi phí tổn thất do mất điện do sử dụng 1 MBA nên khi xảy ra mất điện hệ thống sẽ ngừng cung cấp điện, lượng công suất thiếu hụt do mất điện bằng tổng công suất phụ tải : Pth2 = PttΣ = 213,306 (kW)

- Vốn đầu tư TBA : V = 101.106 đồng

Chi phí tổn thất do mất điện do sử dụng 1 MBA nên khi xảy ra mất điện

hệ thống sẽ ngừng cung cấp điện, lượng công suất thiếu hụt do mất điện bằng tổng công suất phụ tải Pth3 = PttΣ = 213,306 (kW)

Ö Chi phí tổn thất do mất điện :

Yth2 = Yth3 = 23,037.106 (đồng)Vậy chi phí quy dẫn :

3 0,174.101.10 1000.13725,574 23,037.10 54,337.10

Số lượng

Vốn đầu tư(106 đ)

Tổn thất điện năng(kW)

Chi phí tổn thất do bù(106đ)

Thiệt hại

do mất điện(106đ)

Chi phí quy dẫn(106đ)

- Do phân xưởng được xếp là phụ tải loại I cần có độ tin cậy cung cấp điện đảm

bảo Chính vì thế trong ba phương án lựa chọn TBA thì phương án I là phương án

tối ưu

Vũ Hoàng Hà _ Đ1 – H1 Page 34

III Lựa chọn phương án nối dây tối ưu

1 Phân tích chung

Phương án 1 : đặt tủ phân phối tại góc xưởng

Phương án 2 : đặt tủ phân phối ở trung tâm phụ tải

- Phần dây từ nguồn vào TBA phân phối, phần từ các tủ động lực đến các thiết

bị điện và phần tủ chiếu sáng và làm mát là như nhau, ta chỉ so sánh 2 phương án từ TBA đi vào tủ phân phối – tủ động lực

- Để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện ta chọn các dây phân phối từ Nguồn – TBA – TPP – TĐL là dây kép Còn các dây từ các TĐL đến các thiết bị, đối với các thiết bị không quan trọng ta có thể chọn dây đơn, còn các thiết bị quan trọng, công suất lớn ta phải sử dụng dây kép

- Trên sơ đồ đi dây phân xưởng (bản vẽ A3), một số dây đi từ các tủ động lực đến các thiết bị được đặt chung trong rãnh, vì thế trên bản vẽ thể hiện trên cùng 1 đường trục

- Mật độ dòng kinh tế ứng với TM = 5200h : Jkt = 2,7 A/mm2

- Tiết diện dây dẫn cần dùng là : 474,5 175, 074( 2)

Vũ Hoàng Hà _ Đ1 – H1 Page 35

213,306 0,11 228, 024 0, 059

0, 003 0, 291( )0,38

Sơ đồ bố trí tủ phân phối và các tủ động lực

Xác định dây cáp từ tủ phân phối đến tủ động lực 1 cách tủ phân phối đoạn

L1= 6m, công suất truyền tải trên đường dây coi như bằng công suất của nhóm I Ta xác định chi phí quy dẫn của đường dây : Z = p Vd d + Cd

- tra bảng pl.32 ta có các hệ số của đường dây ad = 156,14.106 (đ/km); bd

= 8,19.106 (đ/km) Vậy vốn đầu tư của đường dây là :

Dây dẫn

Việc lựa chọn và đặt vị trí các tủ động lực là tương tự như phương án 1, chỉ có vị

trí đặt tủ phân phối là thay đổi Ta tiến hành tính toán như trong phương án 1, kết quả

tính toán ghi trong bảng sau :

(A)

Dây dẫn

4 Lựa chọn phương án tối ưu

- So sánh về mặt kỹ thuật ở cả 2 phương án là tương đương, đều đảm bảo các chỉ tiêu an toàn và độ tin cậy cung cấp điện

- So sánh về mặt kinh tế ta thấy phương án 1 có chi phí quy dẫn nhỏ hơn, vốn đầu tư thấp hơn Chính vì thế ta chọn phương án 1 là phương án nối dây tối ưu

Vũ Hoàng Hà _ Đ1 – H1 Page 41

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

I Chọn tiết diện dây dẫn cho mạng động lực và mạng chiếu sáng

a) Mạng động lực

Các dây dẫn được xác định theo phương pháp mật độ dòng kinh tế

™ Dây dẫn từ TBA nguồn đến TBA phân phối (điện áp 22 kV) với khoảng cách

I

J

Để đảm bảo độ bền cơ học, tiết diện dây cho phép tối thiểu của đường dây 22 kV

là 35mm2 Vậy ta phải chọn dây AC – 35

™ Dây dẫn từ TBA phân phối đến tủ phân phối và dây dân từ tủ phân phối đến các tủ động lực ta đã chọn ở trên Cần phải kiểm tra lại điều kiện dòng điện cho phép Icp Thiết kế cho cáp treo trên tường và đặt trong các khay, tra bảng 15.pl, 16.pl

và 17.pl ta được các giá trị k1 = 0,95 , k2 = 1 và k3 =0,96

- Xét đoạn TBA – TPP : tra dây XLPE 185 lõi đồng, đặt ngoài trời có giá trị dòng điện cho phép chuẩn là Icp n =530 (A) dòng điện hiệu chỉnh cho phép :

Icp = k1.k2.k3.Icp n = 0,95.1.0,96.530 = 483,36 (A) > Ilv = 474,5 (A) (thỏa mãn)

- Tính toán tương tự với các đoạn dây khác, ta có bảng các tiết diện dây dẫn của mạng động lực như sau :