Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy

Các phân xưởng này được xây dựng tương đối gần nhau trong nhà máy và được cho trong bảng sau: Số thứ tự trên mặt bằng Kw Theo quy trình trang bị điện và công nghệ của nhà máy ta thấy khi

ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

Đề tài:

Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho

nhà máy

LỜI NÓI ĐẦU

….…

Công nghiệp luôn là khách hàng tiêu thụ điện lớn nhất Trong tình hình kinh tế thị trường hiện nay, các xí nghiệp lớn nhỏ, các tổ hợp sản xuất đều phải hoạch toán kinh doanh trong cuộc cạnh tranh quyết liệt về chất lượng và giá cả sản phẩm Điện năng thực sự đóng góp một phần quan trọng vào lỗ lãi của xí nghiệp Nếu 1 tháng xảy ra mất điện 1, 2 ngày xí nghiệp không có lãi, nếu mất điện lâu hơn xí nghiệp sẽ thua lỗ Chất lượng điện xấu(chủ yếu là điện áp thấp ) ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm Chất lượng điện áp thực sự quan trọng với xí nghiệp may, xí nghiệp hoá chất, xí nghiệp lắp đặt chế tạo cơ khí, điện tử chính xác Vì thế, đảm bảo

độ tin cậy cấp điện áp và nâng cao chất lượng điện năng là mối quan tâm hàng đầu của đề án thiết kế cấp điện cho khu xí nghiệp

Nhằm hệ thống hoá và vận dụng những kiến thức đã được học tập trong những năm

ở trường để giải quyết những vấn đề thực tế, em đã được giao thực hiện đề tài thiết

kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy

Để hoàn thành tốt đồ án này, em đã được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong khoa Điện, đặc biệt là của cô giáo Nguyễn Thị Thanh Ngân

Do kiến thức và thời gian có hạn, bản đồ án không tránh khỏi sai sót, kính mong các thầy ,cô góp ý kiến để bản đồ án được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Vinh, ngày 20, tháng 03, năm 2011

Sinh viên thực hiện Đinh Sỹ Luật

LỜI NHẬN XÉT

A GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

B GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU

I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY

1 Đặc điểm công nghệ, vị trí địa lý, kinh tế, đặc điểm phân bố phụ tải

Tổng quan về nhà máy :

Trong nhà máy cơ khí có nhiều hệ thống máy móc khác nhau rất đa dạng, phong phú và phức tạp Các hệ thống máy móc này có tính công nghệ cao và thiện đại Hệ thống máy móc trong nhà máy làm việc 3 ca liên tục Do vậy mà việc cung cấp điện cho nhà máy phải đảm bảo chất lượng và độ tin cậy cao

Đứng về mặt cung cấp điện thì việc thiết kế điện phải đảm bảo sự gia tăng phụ tải trong tương lai; về mặt kỹ thuật và kinh tế phải đề ra phương án cấp điện sao cho không gây quá tải sau vài năm sản xuất và cũng không gây quá dư thừa dung lượng công suất dự trữ

Nhà máy có 3 phân xưởng, 1 phòng thí nghiệm, 1 lò ga, 1 phân xưởng rèn, 1 trạm bơm, và 1 phân xưởng cơ khí Các phân xưởng này được xây dựng tương đối gần nhau trong nhà máy và được cho trong bảng sau:

Số thứ tự trên

mặt bằng

(Kw)

Theo quy trình trang bị điện và công nghệ của nhà máy ta thấy khi ngừng cung cấp điện sẽ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm của nhà máy gây thiệt hại về nền kinh

tế quốc dân do đó ta xếp nhà máy vào phụ tải loại II, cần được bảo đảm cung cấp điện liên tục và an toàn Trong nhà máy có: phân xưởng , kho hàng, nhà hành chính dùng phụ tải loại I

2 Phân loại phụ tải

Phụ tải điện trong nhà máy công nghiệp có thể phân ra làm 2 loại phụ tải:

+ Phụ tải động lực

+ Phụ tải chiếu sáng

Phụ tải động lực thường có chế độ làm việc dài hạn, điện áp yêu cầu trực tiếp đến thiết bị là 380/220V, công suất của chúng nằm trong dải từ 1 đến hàng chục kW

và được cung cấp bởi dòng điện xoay chiều tần số f=50Hz

Phụ tải chiếu sáng thường là phụ tải 1 pha, công suất không lớn Phụ tải chiếu sáng bằng phẳng , ít thay đổi và thường dùng dòng điện xoay chiều tần số f =

50 Hz

II NỘI DUNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

Các nội dung trong tính toán thiết kế :

 Xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng và toàn nhà máy

 Thiết kế mạng điện hạ áp cho phân xưởng sữa chữa cơ khí

 Thiết kế mạng điện hạ áp cho toàn nhà máy:

1 Chọn số lượng, dung lượng và vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng

2 Chọn số lượng, dung lượng và vị trí trạm biến áp trung gian ( trạm biến

áp xí nghiệp ) hoặc trạm phân phối trung tâm, lựa chon sơ đồ nối điện và thiêt kế hệ thống rơle bảo vệ

3 Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy

 Tính toán bù công suất phản kháng cho HTCCĐ của nhà máy

 Thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng sữa chữa cơ khí

CHƯƠNG II: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA CÁC PHÂN XƯỞNG

VÀ CỦA TOÀN NHÀ MÁY

I PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA PHÂN XƯỞNG SỮA CHỮA CƠ KHÍ

1 Phương pháp xác định phụ tải tính toán

Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải thực

tế về mặt hiệu quả phát nhiệt hoặc mức độ huỷ hoại cách điện Nói cách khác, phụ tải tính toán cũng đốt nóng thiết bị lên tới nhiệt độ tương tự như phụ tải thực tế gây

ra, vì vậy chọn các thiết bị theo phụ tải tính toán sẽ đảm bảo an toàn thiết bị về mặt phát nóng

Phụ tải tính toán được sử dụng để lựa chọn và kiểm tra các thiết bị trong hệ thống cung cấp điện như: máy biến áp, dây dẫn, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ … tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng, tổn thất điện áp; lựa chọn dung lượng bù công suất phản kháng … phụ tải tính toán phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: công suất, số lượng, chế độ làm việc của các thiết bị điện, trình độ và phương thức vận hành hệ thống … Nếu phụ tải tính toán xác định được nhỏ hơn phụ tải thực tế thì sẽ làm giảm tuổi thọ của thiết bị điện, ngược lại nếu phụ tải tính toán xác định được lớn hơn phụ tải thực tế thì gây ra dư thừa công suất, làm ứ đọng vốn đầu tư, gia tăng tổn thất… cũng vì vậy đã có nhiều công trình nghiên cứu về phương pháp xác định phụ tải tính toán, song cho đến nay vẫn chưa có được phương phương pháp nào thật hoàn thiện Những phương pháp cho kết quả đủ tin cậy thì lại quá phức tạp, khối lượng tính toán và các thông tin ban đầu về phụ tải lại quá lớn Ngược lại những phương pháp tính đơn giản lại có kết quả có độ chính xác thấp

2 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán

2.1 Phương pháp xác định phụ tải tính toán (PTTT) theo công suất đặt và hệ số nhu cầu:

Ptt = knc.Pđ

Trong đó :

knc : là hệ số nhu cầu , tra trong sổ tay kĩ thuật

Pđ : là công suất đặt của thiết bị hoặc nhóm thiết bị , trong tính toán

có thể lấy gần đúng Pđ Pdđ (kW)

2.2 Phương pháp xác định PTTT theo công suất công suất trung bình và hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải :

Ptt = khd Ptb Trong đó :

khd : là hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải tra trong sổ tay kĩ thuật khi biết đồ thị phụ tải

Ptb : là công suât trung bình của thiết bị hoặc nhóm thiết bị (kW)

2.3 Phương pháp xác định PTTT theo công suất trung bình và độ lệch của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình :

Ptt = Ptb   

Trong đó :

 : là độ lệch của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình

 : là hệ số tán xạ của 

2.4 Phương pháp xác định PTTT theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm :

Ptt =

max

0

T

M a

Trong đó :

a0: là suất chi phí điện năng cho một đơn vị sản phẩm, đơn vị kWh/đvsp

M: là số sản phẩm sản suất trong một năm

Tmax: là thời gian sử dụng công suất lớn nhất , (h)

2.5 Phương pháp xác định PTTTCS theo suất trang bị điện trên một đơn vị diện tích:

Pttcs = p0 F Trong đó :

p0 : là suất trang bị điện trên một đơn vị diện tích , (W/m2)

F : là diện tích bố trí thiết bị , (m2)

2.6 Phương pháp tính trực tiếp :

Là phương pháp điều tra phụ tải trực tiếp để xác định PTTT áp dụng cho hai trường hợp:

- Phụ tải rất đa dạng không thể áp dụng phương pháp nào để xác định phụ tải

tính toán

- Phụ tải rất giống nhau và lặp đi lặp lại ở các khu vực khác nhau như phụ tải ở khu chung cư

2.7 Xác định phụ tải đỉnh nhọn của nhóm thiết bị:

Theo phương pháp này thì phụ tải đỉnh nhọn của nhóm thiết bị sẽ xuất hiện khi thiết bị có dòng khởi động lớn nhất mở máy còn các thiết bị khác trong nhóm đang làm việc bình thường và được tính theo công thức sau:

Iđn = Ikđ (max) + (Itt - ksd Iđm (max))

Hoặc: Iđn = I

n

i

1 1





 đmi + kkđ Iđmmax

Trong đó:

Ikđ (max): là dòng khởi động của thiết bị có dòng khởi động lớn nhất trong nhóm máy

Itt: là dòng điện tính toán của nhóm máy

Iđm (max): là dòng định mức của thiết bị đang khởi động

ksd: là hệ số sử dụng của thiết bị đang khởi động

kkđ: là hệ số khởi động của thiết bị

Iđmmax: là dòng điện định mức lớn nhất đi qua thiết bị

Trong các phương pháp trên, 3 phương pháp 4,5,6 dựa trên kinh nghiệm thiết

kế và vận hành để xác định PTTT nên chỉ cho các kết quả gần đúng tuy nhiên chúng khá đơn giản và tiện lợi Các phương pháp còn lại được xây dựng trên cơ sở lý thuyết xác suất thống kê có xét đến nhiều yếu tố do đó có kết quả chính xác hơn, nhưng khối lượng tính toán hơn và phức tạp

Trong đồ án này với phân xưởng SCCK ta đã biết vị trí, công suất đặt, và các chế độ làm việc của từng thiết bị trong phân xưởng nên khi tính toán phụ tải động lực của phân xưởng có thể sử dụng phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số cực đại Các phân xưởng còn lại do chỉ biết diện tích

và công suất đặt của nó nên để xác định phụ tải động lực của các phân xưởng này ta

áp dụng phương pháp tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu Phụ tải chiếu sáng của các phân xưởng được xác định theo phương pháp suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích sản xuất

2.8 Phương pháp xác định PTTT theo công suất trung bình và hệ số cực đại

Vì đã có thông tin chính xác về mặt bằng bố trí máy móc thiết bị biết được công suất và quá trình công nghệ của từng thiết bị nên ta xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số cực đại Theo phương pháp này phụ tải tính toán được xác định như sau:

+ Tính toán phụ tải động lực

 Với 1 động cơ

Ptt = Pđm

 Với nhóm động cơ n ≤ 3

Ptt = n

i

Pđmi

 Với nhóm động cơ n ≥ 4

Ptt = kmax ksd n

i

Pđmi

Trong đó :

Pđmi : công suất định mức của thiết bị

ksd :hệ số sử dụng của nhóm thiết bị tra sổ tay n: Số thiết bị trong nhóm

kmax: Hệ số cực đại, tra trong sổ tay kĩ thuật theo quan hệ:

kmax = f(nhq, ksd)

nhq: Số thiết bị dùng điện hiệu quả

 Tính nhq

Xác định n1 : số thiết bị có công suất lớn hay bằng một nữa công suất thiết bị có công suất lớn nhất

Xác định P1 : công suất của n1 thiết bị trên

P1 =  n

i

Pdmi

Xác định : n* =

n

n1

, P* =



P

P1

Trong đó :

n : tổng số thiết bị trong nhóm

P∑ : tổng công suất mỗi nhóm , P∑ = n

i

Pđmi

Từ n* và P* tra bảng ta được nhp*

+ Khi nhq ≥ 4

→ Tra bảng hoặc đường cong với nhq và ksd được kmax với kmax = f (ksd , nhq) + Khi nhq < 4

→ Phụ tải tính toán được xác định theo công thức

Ptt = n

i

( kti Pdmi )

Trong đó:

kti : hệ số tải của thiết bị i

kti = 0,9 với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn

kti = 0,75 với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại

+ Phụ tải động lực phản kháng

Qtt = Ptt tgφ Trong đó :

Cosφ : hệ số công suất tính toán của nhóm thiết bị, tra sổ tay

cosφtb =





dmi

dmi

P

P cos 

3 Chia nhóm phụ tải động lực

Căn cứ vào vị trí lắp đặt, vào tính chất và chế độ làm việc của các thiết bị, các thiết

bị trong nhóm nên gần nhau tránh chồng chéo nhau và giảm chiều dài dây dẫn hạ

áp Vì vậy chúng ta có thể chia ra thành 3 nhóm cơ bản sau:

Nhóm 1 bao gồm các thiết bị mang số ký hiệu trên mặt bằng là : 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,

8, 9, 10, 11, 12

Nhóm 2 bao gồm các thiết bị mang số ký hiệu trên mặt bằng là : 13, 14, 15, 16 Nhóm 3 bao gồm các thiết bị mang số ký hiệu trên mặt bằng là : 17, 18, 19, 20, 21,

22

Phụ tải của các nhóm thiết bị và phụ tải tính toán của chúng được ghi trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Tên

nhóm Thiết bị điện

Ký hiệu trên mặt bằng

Số lượng Nhãn hiệu

Công suất đặt của thiết bị (

KW ) Nhóm 1 Máy cưa kiểu đai 1 1 8531 1.0

Máy khoan bàn 2 1 MC-12A 1.0 Máy mài thô 3 1 PA274 2.8 Máy khoan đứng 4 1 2A125 4.5 Máy bào ngang 5 1 736 6.5 Máy xọc 6 1 7A420 2.8 Máy mài tròn van năng 7 1 3A130 4.5 Máy phay răng 8 1 5D32t 5.5 Máy tiện ren 9 1 5M82 7.0 Máy tiện ren 10 1 1A62 8.1 Máy tiện ren 11 1 1A62 9.1 Máy nén cắt dập liên

hợp

12 1 HB31 1.7

Nhóm 2 Máy mài phá 13 1 2M634 2.8

Quạt lò rèn 14 1 1.5 Máy khoan đứng 15 1 2188 0.85

Bể ngâm dung dịch

kiềm

Nhóm3 Bể ngâm nước nóng 17 1 4.0

Máy cuộn dây 18 1 1.2 Máy khoan bàn 19 1 0.65 Máy mài thô 20 1 HC12A 2.8 Bàn thử nghiệm thiết

bị điện

21 1 3M634 6.0 Chỉnh lưu salenium 22 1 BCA5M 0.6

4 Tính toán cụ thể các nhóm phụ tải động lực

a Tính toán phụ tải cho nhóm 1

Bảng danh sách thiết bị của nhóm 1

Tên thiết bị Số lượng Công suất đặt

Pđm(kW)

Hệ số sử dụng ksd

Hệ số công suất cos

Máy cưa kiểu đai 1 1,0 0,16 0.6 Máy khoan bàn 1 1,0 0,16 0,6 Máy mài thô 1 2,8 0,16 0,6 Máy khoan đứng 1 4,5 0,16 0,6 Máy bào ngang 1 6,5 0,16 0,6 Máy xọc 1 2,8 0,16 0,6 Máy mài tròn van năng 1 4,5 0,16 0,6 Máy phay răng 1 5,5 0,16 0,6 Máy tiện ren 1 7,0 0,16 0,6 Máy tiện ren 1 8,1 0,16 0,6 Máy tiện ren 1 9,1 0,16 0,6 Máy nén cắt dập liên hợp 1 1,7 0,16 0,6

 Số thiết bị trong nhóm : n = 12

 Thiết bị công suất lớn nhất : Máy tiện ren mang nhãn hiệu IX620 với công suất 9,1 kW

→ Số thiết bị có công suất Pđm ≥ 4,55 : n1 = 5

 Công suất của các thiết bị đó : P1 = 36,2 kW

n* =

n

n1

=

12

5

= 0,4167

P* =



P

P1

= 5 , 54

2 , 36

= 0,66

 Dựa vào đường cong hình 3.7 tài liệu cunng cấp điện của Nguyễn Xuân Phú thì với mối quan hệ giữa n* và P* ta có:

nhq* = f(n*,P*) = 0,81

Từ đó ta xác định được số thiết bị hoạt động hiệu quả là:

nhq = nhq* n = 0,81.12 = 9,8

+ Ta có hệ số sử dụng trung bình:

ksdtb = 0,16

Dựa vào đường cong hình 3.5 trang 32 tài liệu cung cấp điện của Nguyễn Xuân phú ta có:

Kmax = f( ksd,nhq) =2,3

 Ptt = kmax ksd n

i

Pđmi

= 2,3.0,16.54,5 = 20,056 kW

+ Ta có cosφ = 0,6  tgφ = 1,33

Qtt = Ptt tgφ = 20,056 1,33 = 26,74 kVAr

Stt =

cos

tt

P

 =

20, 056

0, 6  33,43 kVA

Itt =

.

33, 43

50,8

3 3.0,38

tt dm

S

A

Xác định dòng điện đỉnh nhọn dùng để chon dây chảy cho cầu chì bảo vệ:

Iđn = 





1 1

n

i dmi

I + kkđ.Iđmmax =137,55 + 6.23,04 = 275,79 (A)

Trong đó:

kkđ : hệ số khởi động =6

b Tính toán phụ tải cho nhóm 2

Bảng danh sách thiết bị của nhóm 2 Tên thiết bị Số lượng Công suất đặt

Pđm(kW)

Hệ số sử dụng ksd

Hệ số công suất cos

Máy mài phá 1 2,8 0,16 0,6

Quạt lò rèn 1 1,5 0,16 0,6

Máy khoan đứng 1 0,85 0,16 0,6

Bể ngâm dung dịch kiềm 1 3,0 0,16 0,6

 Số thiết bị trong nhóm: n = 4

 Thiết bị công suất lớn nhất: Bể ngâm dung dịch kiềm có công suất Pđm = 3,0

kW

→ Số thiết bị có công suất ≥ 1,5 : n1 = 3

 Công suất của các thiết bị đó : P1 = 7,3 kW

→ n* =

n

n1

=

4

3

= 0,75

P* =



P

P1

=

15 , 8

3 , 7

= 0,895

 Tra bảng với n* và P* ta được nhq* = 0,84

→ nhq = nhq* n = 0,84 4 = 3,36

 Ta có hệ số sử dụng trung bình:

ksdtb = 0,16

 Từ nhq và ksd tra bảng ta được kmax = 3,4

 Ptt = kmax ksd n

i

Pđmi

=3,4.0,16.8,15 =4,43 kW

Với hệ số cos = 0,6 tang = 1,33 vậy ta có:

Qtt = Ptt tgφ = 4,43 1,33 = 5,9 kVAr

Stt =



cos

tt

P

= 9,82

6 , 0

9 , 5

 kVA

Itt = 14 , 9

38 , 0 3

82 , 9

3 .





dm

tt

U

S

A Xác định dòng điện đỉnh nhọn dùng để chon dây chảy cho cầu chì bảo vệ:

Iđn = 





1 1

n

i dmi

I + kkđ.Iđmmax =20,65 + 6.7,6 = 66,25 (A)

Trong đó:

kkđ : hệ số khởi động =6

c Tính toán phụ tải cho nhóm 3