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

XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA PHÂN XƯỞNG Tính toán phụ tải điện là công việc bắt buộc và đầu tiên trong mọi công trình cung cấp điện , giúp cho việc thiết kế lưới điện về sau của người

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, trong xu thế hội nhập, quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước đang diễn ra một cách mạnh mẽ Trong quá trình phát triển đó, điện năng đóng vai 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 rãi trong hầu hết các lĩnh vực của đời sống Cùng với xu hướng phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, đời sống xã hội ngày càng được nâng cao, nhu cầu

sử dụng điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ tăng lên không ngừng Để đảm bảo những nhu cầu to lớn đó, chúng ta phải có một hệ thống cung cấp điện an toàn và tin cậy

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

Với đề bài: “Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng cơ khí”, sau

một thời gian làm bài tập, dưới sự hướng dẫn của cô giáo Th.S ĐOÀN THỊ

BẰNG, đến nay, về cơ bản em đã hoàn thành nội dung đồ án môn học này Do thời

gian có hạn nên không thể tránh 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, đáp ứng nhiệm vụ công tác sau này

Em xin chân thành cảm ơn cô giáo Th.S ĐOÀN THỊ BẰNG đã giúp em

hoàn thành bài tập

Hà Nội, tháng 01 năm 2011 Sinh viên thực hiện

NGUYỄN MẠNH TƯỜNG

CHƯƠNG I XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA PHÂN

XƯỞNG

Tính toán phụ tải điện là công việc bắt buộc và đầu tiên trong mọi công trình

cung cấp điện , giúp cho việc thiết kế lưới điện về sau của người kĩ sư Phụ

tải tính toán có giá trị tương đương với phụ tải thực tế về mặt hiệu ứng nhiệt,

do đó việc chọn dây dẫn hay 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 cơ khí , 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 để tổng 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 – 8 thiết bị , mỗi nhóm đó sẽ được cung cấp điện từ 1 tủ động lực riêng,

lấy điện từ 1 tủ phân phối chung Các thiết bị trong nhóm nên có vị trí gần

nhau trên mặt bằng phân xưởng Các thiết bị trong nhóm nên có cùng chế

độ làm việc , số lượng thiết bị trong 1 nhóm không nên quá 8 vì gây phức

tạp trong 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 :

P

k.PΣΣ

- 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 thụ công suất đúng bằng công suất tiêu thụ của nhóm thiết bị

thực tế ) Các nhóm ở đây đều trên 4 thiết bị nên ta xác định tỷ số k

sau đó so sánh k với kb là hệ số ứng với k của nhóm Nếu k > kΣsd b , lấy nhd =

n , là số lượng thiết bị thực tế của nhóm Ngược lại có thể tính nhd theo

công thức sau :

nhd =( )

2 i

2 i

P

PΣΣ

- Hệ số nhu cầu của nhóm sẽ được xác định theo biểu thức 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 chiếu sáng kết hợp ( kết hợp giữa cục bộ và chung ) Do yêu cầu thị giác cần phải làm việc chính xác, nơi mà các thiết bị cần chiếu sáng mặt phẳng nghiêng và không tạo ra các bóng 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 huỳnh quang 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 hiểm cho người vận hành máy, dễ gây ra tai nạn lao động Do đó người ta thường sử dụng đèn 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 hoặc hình chữ nhật

Vì xưởng sản xuất có nhiều máy điện quay nên ta chọn đèn sợi đốt với công suất 200 W và quang thông F = 3000 lumen (tra bảng 45.pl)

Chọn độ cao treo đèn h’= 0,5 m

Chiều cao mặt bằng làm việc h2’ = 0,8 m

Chiều cao tính toán là h =H – h2’= 7,8 - 0,8 = 7 m

Tỷ số treo đèn là :

II Tính toán phụ tải điện

Tính toán phụ tải điện là công việc bắt buộc và đầu tiên trong mọi công trình cung cấp điện , giúp cho việc thiết kế lưới điện về sau của người kĩ sư Phụ tải tính toán có giá trị tương đương với phụ tải thực tế về mặt hiệu ứng

nhiệt , do đó việc chọn dây dẫn hay 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 cơ khí , 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 để tổng 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 – 8 thiết bị , mỗi nhóm đó sẽ được cung cấp điện từ 1 tủ động lực riêng , lấy điện từ 1 tủ phân phối chung Các thiết bị trong nhóm nên có vị trí gần nhau trên mặt bằng phân xưởng Các thiết bị trong nhóm nên có cùng chế

độ làm việc , số lượng thiết bị trong 1 nhóm không nên quá 8 vì gây phức tạp trong 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 :

P

k.PΣΣ

- 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 thụ công suất đúng bằng công suất tiêu thụ của nhóm thiết bị thực tế ) Các nhóm ở đây đều trên 4 thiết bị nên ta xác định tỷ số k

sau đó so sánh k với kb là hệ số ứng với k của nhóm Nếu k > kΣsd b , lấy nhd =

n , là số lượng thiết bị thực tế của nhóm Ngược lại có thể tính nhd theo công thức sau :

nhd =( )

2 i

2 i

P

PΣΣ

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

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

2.2 Phụ tải thông thoáng và làm mát

Phân xưởng trang bị 40 quạt trần mỗi quạt có công suất là 120 W và

10 quạt hút mỗi quạt 80 W, hệ số công suất trung bình của nhóm là 0,75 Tổng công suất thông thoáng và làm mát là:Plm = 40.120 +10.80 = 5600 W

= 5,6 kW

2.3 Phụ tải động lực.

1.2.1 Phân nhóm phụ tải:

trong một phân xưởng thường có nhiều loại thiết bị có công suất và chế

độ làm việc rất khác nhau, muốn xác định phụ tải tính toán được chính xác cần phải phân nhóm thiết bị điện việc phân nhóm thiết bị điện cần tuân theo các nguyên tắc sau:

Ø các thiết bị điện trong cùng một nhóm nên ở gần nhau để giảm chiều

dài đường dây hạ áp nhờ vậy có thể tiết kiệm được vốn đầu tư và tổn thất trên các đường dây hạ áp trong phân xưởng

Ø chế độ làm việc của các nhóm thiết bị trong cùng một nhóm nên giống

nhau nhờ đó việc xác định phụ tải tính toán được chính xác hơn và thuận tiện cho việc lựa chọn phương thức cung cấp điện cho nhóm

Ø tổng công suất các nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại tủ động

lực cần dùng trong phân xưởng và toàn nhà máy số thiết bị trong cùng một nhóm không nên quá nhiều bởi số đầu ra của các tủ động lực không nhiều thường từ 8 đến 12 đầu ra

tuy nhiên thường thì rất khó thoả mãn cùng một lúc cả 3 nguyên tắc trên, do vậy người thiết kế cần phải lựa chọn cách phân nhóm sao cho hợp lý nhất

Ta chia thành 4 nhóm phụ tải như sau:

Nhóm 1

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

4 lò điện để hóa cứng linh kiện 1 0.16 0.6 15.00 225.00 9.00 2.40

5 thiết bị để tôi bánh răng 1 0.16 0.6 20.00 400.00 12.00 3.20

6 thiết bị tôi cao tần 1 0.16 0.6 20.00 400.00 12.00 3.20

 Nhóm 2

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

2 lò điện để hóa cứng linh kiện 1 0.16 0.6 15.00 225.00 9.00 2.40

3 lò điện để hóa cứng linh kiện 1 0.16 0.6 15.00 225.00 9.00 2.40

4 thiết bị để tôi bánh răng 1 0.16 0.6 20.00 400.00 12.00 3.20

5 thiết bị tôi cao tần 1 0.16 0.6 20.00 400.00 12.00 3.20

TT Tên thiết bị

Số lượng k sd cos φ P P 2 P.cosφ P.k sd

2 lò chạy bằng điện 1 0.16 0.6 15.00 225.00 9.00 2.403

lò điện để hóa cứng

linh kiện 1 0.16 0.6 15.00 225.00 9.00 2.404

 Nhóm 4

TT Tên thiết bị

Số lượng k sd cos φ P P 2 P.cosφ P.k sd

TT Phụ tải ksdni cosφni Pni P2

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 cslm

-CHƯƠNG II LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CẤP ĐIỆN

CHO XƯỞNG

2.1 Xỏc định vị trớ đặt trạm biến ỏp phõn xưởng:

Vị trớ của trạm biến ỏp cần phải thỏa món cỏc yờu cầu cơ bản sau :

- An toàn và liờn tục cấp điện

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

- Thao tỏc, vận hành, quản lý dễ dàng

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

- Bảo đảm cỏc điều kiện khỏc như cảnh quan mụi trường, cú khả năng điều chỉnh cải tạo thớch hợp, đỏp ứng được khi khẩn cấp

- Tổng tổn thất cụng suất trờn cỏc đường dõy là nhỏ nhất

Căn cứ vào sơ đồ bố trớ cỏc thiết bị trong phõn xưởng thấy rằng cỏc phụ tải được bố trớ với mật độ cao trong nhà xưởng nờn khụng thể bố trớ mỏy biến ỏp trong nhà Vỡ vậy ta đật mỏy phớa ngoài nhà xưởng ngay sỏt tường như minh hoạ dưới đõy Khi xõy dựng ngoài như thế cần chỳ ý đến điều kiện mỹ quan

Trạm Biến áp

Hướng điện vào

- Hệ số điền kớn đồ thị cú thể được xỏc định theo biểu thức:

- Dựa vào sơ đồ mặt bằng nhà xưởng, vì ở góc phía cửa ra vào không có phụ tải, nên ta có thể đặt trạm biến áp ở bên trong, ngay sát tường nhà xưởng, tiết kiệm được dây dẫn của mạng hạ áp.

2.2 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 2x160 kVA

Phương án 2: dùng 2 máy 2x180 kVA

Phương án 3: dùng 1 máy 315 kVA

Các tham số của máy biến áp việt nam chế tạo cho trong bảng sau:

Bảng số liệu các máy biến áp

SBA , kVA ∆P0; kW ∆Pk; kW Vốn đầu tư , 106đ

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 thể lấy bằng 6,4 % tra bảng 31.pl (TK1)

Do đó : pBA = atc + kkh = 0,11 + 0,064 = 0,174

Khi so sánh thiệt hại do mất điện chỉ cần xét đến phụ tải loại I và loại

II, vì có thể coi phụ tải loại III ở các phương án là như nhau:

Vậy đảm bảo yêu cầu

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

2 k1

C = ΔA.CΔ = 9285,6.1000 = 9,285.106 đVậy tổng chi phí qui đổi của phương án :

Z2 = (0,174.152,7+9,285).106 = 35,85.106 đ

∗ Phương án 3:

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:

2

nBA3 2 2

S

A P 8760 P

S285,27 0,72.8760 4,85 .3070,06

Z3 = (0,174.106,9 +18,52).106 = 37,12 106 đ

Các kết quả tính toán được trình bày trong bảng sau:

Các kết quả tính toán được trình bày trong bảng sau:

Bảng kết quả các phương án chọn MBA

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 phân xưởng nên áp dụng sơ đồ tia vì các thiết bị điện khá tập trung Các phương án được nêu chi tiết dưới đây

Để 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 rải rác 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 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 góc xưởng và kéo đường cáp đến từng tủ động lực

2.3.2 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:

* Phương án 1: Đặt TPP tại trung tâm phân xưởng

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

+ Dòng điện chạy trong dây dẫn cao áp:

+ Tiết diện dây dẫn cần thiết:

+ Đối với đường dây cao áp, tiết diện tối thiểu không nhỏ hơn 35mm2

nên ta chọn loại dây AC - 35 nối từ nguồn vào trạm biến áp

+ Xác định tổn hao thực tế:

0 0 P.r Q.x 168,31.0,92 258,53.0, 414

+ Vốn đầu tư đường dây:

Tra bảng 29.pl [TK 2] ta có suất vốn đầu tư đường dây cao áp v0 =

218 (106 đ/km), vậy:

V = v0.L = 218.106.73,6.10-3 =16,04.106 đ

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

036,0131,0036,01)1,01(

)1,01.(

1,0a1)i1

(

)i1.(

i

15 kh

T T

h

h

+

=+

−+

+

=+

−+

+ Tiết diện dây dẫn cần thiết:

C = ΔA.cΔ = 6747,58.1000 = 6,74.106 đ/năm

+ Vốn đầu tư đường dây:

Tra bảng 32,pl [TK 2] ta có suất vốn đầu tư đường dây v0 = 2007.106 đ/km, vậy:

TT Stt Udm(kv) I(A) Ftt(mm2) Ftc(mm2)

Tính toán tương tự ta có bang sau:

thiết bị để tôi bánh răng 50.659 16.3 25 0,74 0,066

thiết bị tôi cao tần 50.659 16.3 25 0,74 0,066

Tính toán tương tự ta có bảng các nhóm khác như sau:

Tên máy I,(A) Ftt Flc r0(Ω) x0(Ω)

C = ΔA.cΔ = 1037,68.1000 = 1,037.106 (đ/năm)

+ Vốn đầu tư đường dây:

Tra bảng 32,pl [TK 2] ta có suất vốn đầu tư đường dây v0 = 892.106

(đ/km), vậy:

V = v0.L = 892.12,5.106.10-3 =11,15 106 đ/năm

- Chi phí quy đổi:

vốn đầu tư (10 6 đ)

Chi phí qui đổi (10 6 đ)

C = ΔA.cΔ = 65,28.1000 = 0,065.106 (đ/năm)

+ Vốn đầu tư đường dây:

Tra bảng 32.pl [TK 2] ta có suất vốn đầu tư đường dây v0 = 485.106

(đ/km), vậy:

V = v0.L = 485.106.3.10-3 = 0,97.106 (đ)

Chi phí quy đổi:

Z=p.V+C = (0,174.0,97+0,065).106 = 0,23.106 (đ/năm)

TT Tên máy tổn thất điện áp ∆U ,V điện năng tổn thất

kWh

vốn đầu tư (10 6 đ)

Chi phí qui đổi (10 6 đ)

4 Lò điện để hoá cứng linh kiện 0,052 15,01 0,53 0,11

Đối với các tủ động lực khác đến các máy động lực ta coi tổng chi phi quy dẫn tương đương với từ tủ động lực 1 đến các máy động lực của nó.Như vậy tổng chi phí quy dẫn của tủ động lực đến các máy động lực của phương án 1

là 2,92.106 đ

phương án 2

TÐL2 TÐL1

Từ trạm biến áp đến tủ phân phối

Do khoảng cách từ trạm biến áp đến tủ phân phối là rất nhỏ nên tổn thất điện áp, điện năng và chi phí quy dẫn coi như không đáng kể

• Từ tủ phân phối đến các tủ động lực

đến tủ động lực 1

+ tổn thất điện áp 0 0 59.13.0, 29 82,902.0, 06 3

C = ΔA.cΔ = 747,13.1000 = 0,75.106 (đ/năm)

+ Vốn đầu tư đường dây:

Tra bảng 32,pl [TK 2] ta có suất vốn đầu tư đường dây v0 = 892.106

(đ/km), vậy:

V = v0.L = 892.9.106.10-3 =8,03 106 đ/năm

- Chi phí quy đổi:

vốn đầu tư(106 đ)

Chi phí qui đổi(106 đ)

Tương tự như ở phương án 1

Tổng chi phí quy đổi của phương án 1 là : 46,071.106 đ/n ăm

Tổng chi phí quy đổi của phương án 2 là :26,17.106 đ/n ăm

Như vậy phương án 2 là tối ưu nhất