ĐỒ ÁN MÔN HỌC CUNG CẤP ĐIỆN

Đất nước ta đang trong công cuộc công nhiệp hoá , hiện đại hoá . Nhu cầu điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp , nông nghiệp , dịch vụ và sinh hoạt tăng trưởng không ngừng đi cùng với quá trình phát triển kinh tế . Do đó đòi hỏi rất nhiều công trình cung cấp điện . Đặc biệt rất cần các công trình có chất lượng cao , đảm bảo cung cấp điện liên tục , phục vụ tốt các nghành trong nền kinh tế quốc dân. Trong đó có lĩnh vực công nghiệp là 1 trong các ngành kinh tế trọng điểm của đất nước, được Nhà nước và Chính phủ ưu tiên phát triển vì có vai trò quan trọng trong kế hoạch đưa nước ta trở thành nước công nghiệp vào năm 2020. Thiết kế cung cấp điện cho nghành này vì thế là 1 công việc khó khăn, đòi hỏi sự cẩn thận cao. Phụ tải của ngành phần lớn là phụ tải hộ loại 1, đòi hỏi độ tin cậy cung cấp điện cao.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHƯƠNG ĐÔNG

KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CUNG CẤP ĐIỆN Thiết kế cấp điện cho xưởng sửa chữa cơ khí

HÀ NỘI – 2010

LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước ta đang trong công cuộc công nhiệp hoá , hiện đại hoá Nhu cầuđiện năng trong các lĩnh vực công nghiệp , nông nghiệp , dịch vụ và sinh hoạttăng trưởng không ngừng đi cùng với quá trình phát triển kinh tế Do đó đòihỏi rất nhiều công trình cung cấp điện Đặc biệt rất cần các công trình có chấtlượng cao , đảm bảo cung cấp điện liên tục , phục vụ tốt các nghành trong nềnkinh tế quốc dân.

Trong đó có lĩnh vực công nghiệp là 1 trong các ngành kinh tế trọng điểmcủa đất nước, được Nhà nước và Chính phủ ưu tiên phát triển vì có vai trò quantrọng trong kế hoạch đưa nước ta trở thành nước công nghiệp vào năm 2020.Thiết kế cung cấp điện cho nghành này vì thế là 1 công việc khó khăn, đòi hỏi

sự cẩn thận cao Phụ tải của ngành phần lớn là phụ tải hộ loại 1, đòi hỏi độ tincậy cung cấp điện cao

Dưới sự hướng dẫn của thầy ThS Nguyễn Đức Minh, em được nhận đề tài Thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng sửa chữa cơ khí Đồ án bao

gồm 1 số phần chính như chọn máy và vị trí đặt trạm biến áp, chọn dây và các phần tử bảo vệ, hạch toán công trình Đây là một đồ án có tính thực tiễn rất cao, chắc chắn sẽ giúp ích cho em rất nhiều trong công tác sau này

Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã nhận được sự chỉ bảo rất tận tình

của thầy ThS.Nguyễn Đức Minh cùng các thầy cô trong khoa Hệ Thống Điện.

Em xin chân thành cảm ơn

XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA

PHÂN XƯỞNG I.1) Xác định phụ tải tính toán của các nhóm phụ tải.

Công suất chiếu sáng chung:

Pcschung P0.a.b 20 ( 20 50 )  20 (kW)

Vì dùng bóng đèn sợi đốt nên hệ số cosφ=0,9

I.1.1) Phụ tải chiếu sáng

Tính toán phụ tải điện là công việc bắt buộc và đầu tiên trong mọi côngtrình cung cấp điện Việc này sẽ cung cấp các số liệu phục vụ cho việc thiết kếlưới điện về sau của người kĩ sư Phụ tải tính toán có giá trị tương đương vớiphụ tải thực tế về mặt hiệu ứng nhiệt, do đó việc chọn dây dẫn hay các thiết bịbảo vệ cho nó sẽ được đảm bảo

Có nhiều phương pháp tính toán phụ tải điện như phương pháp hệ số nhucầu, hệ số tham gia cực đại Đối với việc thiết kế cung cấp điện cho phânxưởng sửa chữa cơ khí, vì đã có các thông tin chính xác về mặt bằng bố trí thiết

bị, biết đựoc công suất và quá trình công nghệ của từng thiết bị nên ta sử dụngphương pháp hệ số nhu cầu để tổng hợp nhóm phụ tải động lực Nội dungchính của phưong pháp như sau:

- Thực hiện phân nhóm các thiết bị có trong xưởng, mỗi nhóm khoảng từ

7 – 9 thiết bị, mỗi nhóm đó sẽ được cung cấp điện từ 1 tủ động lực riêng, lấyđiện từ 1 tủ phân phối chung Các thiết bị trong nhóm nên chọn có vị trí gầnnhau trên mặt bằng phân xưởng Các thiết bị trong nhóm nên có cùng chế độlàm việc , số lượng thiết bị trong 1 nhóm không nên quá 9 vì gây phức tạptrong vận hành , giảm độ tin cậy cung cấp điện

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

 sd

k =

i

sdi i P

k P

P

 , sau đó sosánh k với kb là hệ số ứng với 

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



 ( 2.3 )

- Cuối cùng phụ tải tính toán của cả nhóm là :

- 1 lò điện để hóa cứng linh kiện có P = 19 (kW)

- 1 thiết bị tôi cao tần có P = 19 (kW)

- 2 máy ép ma sát có P = 2.10 (kW)

 Nhóm 2 có 7 thiết bị gồm:

- 1 máy hàn dm%=25% có P = 2,2 (kW)

- 2 lò điện để cứng hóa nhiên liệu có P = 2.19 (kW)

- 1 thiết bị để tôi bánh răng có P = 20 (kW)

- 1 thiết bị tôi cao tần có P = 19 (kW)

- 1 lò điện để hóa cứng linh kiện có P = 19 (kW)

- 2 thiết bị để tôi bánh răng P = 2.20 (kW)

- 1 thiết bị tôi cao tần có P = 19 (kW)

- 1 máy ép ma sát có P = 10 (kW)

- 1 máy nén khí có P = 22,8 (kW)

 Nhóm 4 có 9 thiết bị gồm:

- 2 búa hơi để rèn có P = 2.15 (kW)

- 2 lò điện để hóa cứng linh kiện có P = 2.19(kW)

- 1 thiết bị tôi cao tần có P = 19 (kW)

- 2 máy ép ma sát có P = 10 (kW)

- 2 máy nén khí có P = 2.22,8 (kW)

I.1.2) Phụ tải động lực:

Trước khi tính toán cần qui các phụ tải làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại

về chế độ làm việc làm việc dài hạn , theo công thức :

P = Pđặt  , kW

Trong đó :

- Pđăt : là công suất của phụ tải, tức là công suất định mức của phụ tải , kW

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

- ε : hệ số tiếp điện của thiết bị , kW

Như vậy , phụ tải tính toán của máy hàn dm%=25% là :

2 2, 2 0, 25

Căn cứ vào sơ đồ bố trí thiết bị trong nhà xưởng , và dựa theo các nguyên tắc phân nhóm ở trên , có thể chia các thiết bị thành 4 nhóm Kết quả tổng hợpphụ tải từng nhóm sẽ được trình bày chi tiết dưới đây

Phụ tải nhóm 1 được tổng hợp như sau :

: thì có n1 thiết bị

-Xác định tổng công suất của n1 thiết bị : 1

1

n dmi i

hq n

Tính toán tương tự cho các nhóm còn lại được bảng tổng kết phụ tải của các

nhóm theo phương pháp hệ sô nhu cầu như sau:

- nhq: số lượng hiệu quả của nhóm đông lực, lấy bằng số nhóm động lực = 4 Tổng công suất tác dụng của nhóm động lực là :

Và công suất phản kháng của các phụ tải động lực là :

Phụ tải tồng hợp của các nhóm vì có tính chất khác nhau nên được tổng hợp

theo phương pháp số gia:

Tổng công suất tác dụng của phân xưởng được xác định như sau:

 

0,04

.20

5151,45

dl tb cs cs N

CHƯƠNG II LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CẤP ĐIỆN CHO

PHÂN XƯỞNG.

II.1) Trạm biến áp phân xưởng.

Trạm biến áp là một phần tử rất quan trọng của hệ thống điện nó

có nhiệm vụ tiếp nhận điện năng từ hệ thống, biến đổi từ cấp điện ápnày sang cấp điện áp khác và phân phối cho mạng điện tương ứng.Trong mỗi trạm biến áp ngoài máy biến áp còn có rất nhiều thiết bị hợpthành hệ thống tiếp nhận và phân phối điện năng Các thiết bị phía cao

áp gọi là thiết bị phân phối cao áp (máy cắt, dao cách ly, thanh cái…) vàcác thiết bị phía hạ áp gọi là thiết bị phân phối hạ áp (thanh cái hạ áp,aptômat, cầu dao, cầu chảy…)

Trạm tăng áp thường được đặt tại các nhà máy điện để tăng điện

áp từ 0,4÷6,3kV lên các cấp cao hơn với mục đích truyền tải điện năng

đi xa hơn; Trạm biến áp trung gian là trạm giảm áp, tiếp nhận điện năng

từ lưới 35÷22kV để cung cấp cho các lưới phân phối 6÷22kV ; Trạmbiến áp tiêu thụ hay trạm biến áp phân xưởng có nhiệm vụ tiếp nhậnđiện năng từ mạng phân phối 6÷22kV(đôi khi cả mạng 35 và 110kV) vàcung cấp cho lưới điện hạ áp

Kết cấu của trạm biến áp phụ thuộc vào loại trạm, vị trí, côngdụng…của chúng Các trạm biến áp trung gian thường được xây dựngvới hai dạng chính:

- Trạm biến áp ngoài trời có các thiết bị phân phối phía cao

áp được đặt ở ngoài trời các thiết bị phân phối phía thứ cấp được đặttrong các tủ điện hoặc đặt trong nhà

- Trạm biến áp trong nhà: toàn bộ thiết bị của trạm từ phía

sơ cấp đến phía thứ cấp được đặt trong nhà với các tủ phân phối tươngứng

Tất cả các trạm biến áp cần phải thoả mãn các yêu cầu cơ bản sau:

- Sơ đồ và kết cấu phải đơn giản đến mức có thể

- Dễ thao tác vận hành

- Đảm bảo cung cấp điện liên tục và tin cậy với chất lượngcao

- Có khả năng mở rộng và phát triển.

- Có các thiết bị hiện đại để có thể áp dụng các công nghệtiên tiến trong vận hành và điều khiển mạng điện

- Giá thành hợp lí và có hiệu quả kinh tế cao

Các yêu cầu trên có thể mâu thuẫn với nhau, vì vậy trong tínhtoán thiết kế cần phải tìm lời giải tối ưu bằng cách giải các bài toán kinh

tế kĩ thuật

II.1.1) Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng.

Vị trí của trạm biến áp có ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh

tế kĩ thuật của mạng điện Nếu vị trí của trạm biến áp đặt quá xa phụ tảithì có thể dẫn đến chất lượng điện áp bị giảm, làm tổn thất điện năng.Nếu phụ tải phân tán, thì việc đặt các trạm biến áp gần chúng có thể dẫnđến số lượng trạm biến áp tăng, chi phí cho đường dây cung cấp lớn vànhư vậy hiệu quả kinh tế sẽ giảm

Vị trí trạm biến áp thường được đặt ở liền kề, bên ngoài hoặc ở bêntrong phân xưởng

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 khảnăng điều chỉnh 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 tảiđược bố trí với mật độ cao trong nhà xưởng nên không thể bố trí máy biến áptrong nhà Vì vậy nên đặt máy phía ngoài nhà xưởng ngay sát tường như minhhoạ dưới đây Khi xây dựng ngoài như thế cần chú ý đến điều kiện mỹ quan.Hướng điện tới TBA

Hình 2.1 Sơ đồ bố trí máy biến áp

II.2) Chọn công suất và số lượng máy biến áp:

Công suất của máy biến áp được chọn căn cứ vào công suất của phụ tải vàkhả năng chịu quá tải của máy biến áp Số lượng máy được chọn còn phụ thuộcvào yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện, nếu phụ tải quan trọng (loại 1) thườngchọn 2 máy làm việc song song.

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

Stb : Công suất trung bình, kVA

SM : Công suất cực đại, kVA

TM : thời gian tiêu thụ công suất cực đại, cho ở đề bài

Như vậy máy biến áp có thể làm việc quá tải 40% trong khoảng thời giancho phép không quá 6 giờ

Căn cứ vào công suất của phụ tải tổng hợp xác định được ở mục trên nên

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

Phương án 1: Chọn hai máy biến áp.

Vậy ta sẽ chọn hai máy biến áp công suất 2160 (kVA)

Phương án 2: Dùng 2 mba có công suất là 2180

Phương án 3: Chọn một máy biến áp

S dmB S tt 256,69(kVA)

Ta chọn máy biến áp công suất 315(kVA)

Xét về kĩ thuật, các phương án không ngang nhau về độ tin cậycung cấp điện: Đối với phương án 1 và phương án 2, khi có sự cố ở mộttrong hai máy biến áp thì máy biến áp còn lại phải gánh toàn bộ phụ tảiloại I và II của phân xưởng, đối với phương án 3 sẽ phải ngừng cungcấp điện cho các hộ tiêu thụ khi có sự cố trong máy biến áp Để đảmbảo sự tương đồng về kĩ thuật của các phương án cần phải xét đến thànhphần thiết hại do mất điện khi có sự cố xảy ra trong máy biến áp Trướchết ta kiểm tra khả năng quá tải của máy biến áp khi một trong hai máy

bị sự cố

Phụ tải trong thời gian sự cố 1 máy biến áp bao gồm phụ tải loại I và loại II

Vậy đảm bảo yêu cầu cung cấp điện

Hàm chi phí tính toán quy đổi của máy biến áp:

Z a tck kh.V BA A C.

Trong đó:

a tc: Là hệ số tiêu chuẩn sử dụng hiệu quả vốn đầu tư máy biến áp Với máy biến áp do Việt Nam sản xuất thì 1 0,125

8

k kh: Là tỷ lệ khấu hao của máy biến áp k kh 6,64% 0, 064

V BA: Là vốn đầu tư trạm biến áp

Trong đó: n: là số máy biến áp trong trạm biến áp

P o: Là tổn thất điện áp khi không tải (kW)

P k: Là tổn thất điện áp khi ngắn mạch (kW)

t: Là thời gian vận hành trạm biến áp trong 1 năm t = 8760h

S dmBA: Là công suất định mức của máy biến áp (kVA)

 : Là thời gian tổn thất lớn nhất và tính theo công thức:

 0,124 T max.1042.8760 h

Với T max 5000h thì  0,124 5000.10  42.8760 3411 h  

 Phương án 1: dùng 2 máy biến áp 2x160 kVA

Tổn thất điện năng của trạm biến áp phân xưởng trong phương án1 là:

2 P k . S tt

Tính tương tự cho 2 phương án còn lại ta có bảng tổng kết sau:

Bảng 2.1 So sánh các phương án chọn máy biến áp.

II.3) Lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu.

a) Chọn sơ bộ phương án.

Để cung cấp điện có thể có nhiều phương án đi dây, có thể dùng sơ đồ hìnhtia có độ tin cậy cung cấp điện cao, có thể dùng sơ đồ đường trục, hoặc hỗnhợp Với phân xưởng nên áp dụng sơ đồ hình tia vì các thiết bị khá tập trung.Các phương án được nêu chi tiết dưới đây.

Để cung cấp điện cho các động cơ máy công cụ, trong xưởng dự định đặt 1

tủ phân phối nhận điện từ trạm biến áp về và cấp điện cho 4 tủ động lực đặt rảirác các cạnh tường phân 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

Hướng điện vào

Tủ động lực 4

Tủ động lực 2

Tủ động lực 1

Tủ động lực 3

Hình 2.2 Sơ đồ nối điện phương án 1.

Ta chọn dây dẫn từ trạm biến áp phân xưởng tới tủ phân phối và từ tủphân phối tới các tủ động lực là loại dây cáp đồng 4 lõi vỏ PVC (cáp PVC) đặttrong rãnh chôn ở dưới phân xưởng Các đường cáp tới các tủ động lực gầnnhau thì có thể đặt chung trong 1 rãnh để tiết kiệm về chi phí.

Trong chương này ta chỉ mới chọn sơ bộ tiết diện đường dây và kiểm tra

điều kiện dòng phát nóng lâu dài cho phép Icp và tổn thất điện áp Các điều kiện

khác về dòng ngắn mạch, dòng Icp khi có các thiết bị bảo vệ động cơ và mạngđiện… thì ta sẽ xét ở các chương sau, sau khi ta tính toán chọn các thiết bị bảovệ

Chọn tiết diện đường dây theo dòng phát nóng lâu dài cho phép Icp theocông thức sau:

cp k k



Trong đó: Icp: là dòng điện cho phép lâu dài của dây dẫn (A)

k1: là hệ số hiệu chỉnh tính tới nhiệt độ môi trường sản xuất và sử dụng.k1=1

k2: là hệ số hiệu chỉnh tính tới số dây dẫn đặt trong cùng 1 rãnh

 Đường dây cáp từ trạm biến áp phân xưởng tới tủ phân phối(TPP)

Tủ phân phối đặt cách trạm biến áp LTBA-TPP = 10 (m) Đây là đường cáptổng dẫn điện từ TBA tới TPP

- Dòng điện tính toán chạy trong dây cáp là: 256,69 390 

 

. 151, 45.0,08 207,92.0,06

0,38 0,647

3.hom

S n I

dm



Theo sơ đồ bố trí sơ bộ đường dây từ trạm biến áp tới các tủ động lực ở trên thì

2 đường dây cáp tới các tủ động lực 1, 2có thể đặt chung trong 1 rãnh Nênk2=0, 85 và k1=1

- Dòng điện tính toán chạy trong dây dẫn tới tủ động lực 1 là:

Tính tương tự cho các tủ động lực còn lại ta có bảng tổng kết sau:

Bảng 2.2 Bảng chọn dây dẫn của phương án 1.

Đường

P nhom , kW

Q nhom , kVAr

Bảng 2 3 Bảng chọn dây dẫn của phương án 1.

 Phương án 2:

Trạm biến áp

Hướng điện vào

Tủ động lực 4

Tủ động lực 2

Tủ động lực 1

Tủ động lực 3

Hình 2.3 Sơ đồ nối điện phương án 2.

Đặt tủ phân phối ở giữa phân xưởng Khi đó khoảng cách từ trạm biến áp

đến tủ phân phối là 35 m Các khoảng cách từ tủ phân phối đến các tủ động

lực được xác định theo sơ đồ bố trí đi dây trên và tinh toán tương tự như

phương án 1, kết quả tính toán được ghi trong bảng sau:

Bảng 2.4 Bảng chọn dây dẫn của phương án 2.

Như vậy xét về mặt kĩ thuật thì các phương án tương đương nhau (tổn thất điện

áp đều rất nhỏ) còn về mặt kinh tế rõ ràng phương án 1 trội hơn hẳn

Như vậy ta chọn phương án 1 để tính tiếp Tức đặt 1 tủ phân phối ở góc xưởng

rồi kéo điện đến từng tủ động lực theo sơ đồ hình tia

 Tính toán chọn dây cáp từ tủ động lực tới các thiết bị trong nhóm.

Ta chọn dây dẫn từ các tủ động lực tới các thiết bị trong nhóm động lực là

loại dây cáp đồng 4 lõi vỏ PVC (cáp PVC) chôn ngầm dưới đất, đi theo đường

bẻ góc Các đường cáp tới các thiết bị gần nhau thì có thể đặt chung trong 1

rãnh để tiết kiệm về chi phí

Trong chương này ta cũng chỉ mới chọn sơ bộ tiết diện đường dây và kiểm

tra điều kiện dòng phát nóng lâu dài cho phép Icp và tổn thất điện áp Các điều

kiện khác về dòng ngắn mạch, dòng Icp khi có các thiết bị bảo vệ động cơ và

mạng điện… thì ta sẽ xét ở các chương sau:

 Xét nhóm động lực 1

Nhóm động lực 1 gồm 8 thiết bị có các thông số như sau:

- Xét thiết bị 1 là búa hơi để rèn, khoảng cách tới thiết bị là Lđl1-1=15m

+ Dòng điện tính toán chạy trong dây dẫn là:

+Tổn thất điện năng trên đoạn đường dây:

Q dm , kVAr

S dm , kVA I tt , A Loại cáp I cp , A

r 0, Ω/

km

x 0 , Ω/ km

Bảng 2.7 Bảng số liệu về chi phí tổn thất điện năng và chi phí đầu tư cho

x0,Ω/km

Bảng 2.12 Bảng lựa chọn dây cáp và các thông số:

STT Đường dây L, m P dm, kW Q dm ,kVAr kVA S dm , I tt , A Loại cáp I A cp , r km 0, Ω/ x km 0 , Ω/

1 dl3-1 5 1,1 2,945 3,143 4,775 PVC-1,5 27 13,35 0,1

2 dl3-2 7 19 25,333 31,666 48,115 PVC-6 59 3,33 0,09

4 Dl3-4 16 19 25,333 31,666 48,115 PVC-10 78 2 0,08