Thiết kế cung cấp điện cho một phân xưởng cơ khí

Quá trình thực hiện đồ án 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 đồ án: “Thiết kế hệ thống cung cấp đi

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 đồ án thiết kế hệ thống cung cấp điện là yêu cầu bắt buộc với sinh viên ngành hệ thống điện Quá trình thực hiện đồ án 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 đồ án: “Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy cơ khí địa phương”, sau

một thời gian làm đồ án, dưới sự hướng dẫn của thầy……… , 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 thầy giáo ………đã giúp em hoàn thành đồ

án này

Hà Nội, tháng 12 năm 2010 Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG I.XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA PHÂN

XƯỞNG

I Phụ tải chiếu sáng.

Trong thiết kế chiếu sáng, vấn đề quan trọng nhất phải quan tâm là đáp ứng các yêu cầu về độ rọi và hiệu quả của chiếu sáng đối với thị giác Ngoài độ rọi, hiệu quả của chiếu sáng còn phụ thuộc vào quang thông, màu sắc ánh sáng, sự lựa chọn hợp lý cùng sự bố trí chiếu sáng vừa đảm bảo tính kinh tế và mỹ quan hoàn cảnh Thiết kế chiếu sáng phải đảm bảo các yêu cầu 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

Phụ tải chiếu sáng được tính theo công suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích Công thức tính:

Pcs = P0.F

Trong đó:

Po: suất phụ tải chiếu sáng trên một đơn vị diện tích.(W/m2)

F: diện tích được chiếu sáng (m2)

Diện tích chiếu sáng cho phân xưởng kết cấu kim loại :

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 :

Σ sd

k =

i

sdi i

P

k.P

ΣΣ

- 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

2 i

P

P

ΣΣ

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

Các nhóm khác tính toán tương tự ta có bảng sau:

TT Phụ tải k sdni cosφ ni P ni P 2

2 Phụ tải thông thoáng và làm mát

Mỗi phân xưởng trang bị 2 quạt trần mỗi quạt có công suất là 120 W và 2 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 = 20.120 +20.80 = 4000 W = 4 kW

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

● biểu thức kinh nghiệm để lựa chọn cấp điện áp truyền tải là :

U =4.34 l+0.016P (kV)

trong đó :

P – công suất tính toán của nhà máy(kW)

L - khoảng cách từ trạm biến áp trung gian về nhà máy (km)

ta có U= 4,13 12 0,016.4496 37,82 + = (kV)

trạm biến áp trung gian có các mức điện áp là 35kV và 22kV, như vậy ta chọn cấp điện áp cung cấp cho nhà máy là 35 kV

● công suất tòa nhà máy là Snm = 7188,12 kVA, với công suất như vậy nên đặt trạm biến áp trung gian (BATG 35/10) nhận điện 35kV từ hệ thống về , hạ xuống điện áp 10kV rồi phân phối cho các trạm biến áp phân xưởng (BAPX), các TBA phân xưởng đều hạ từ cấp điện áp 10kV xuống 0,4kV để cung cấp cho phân

xưởng, MBA phân xưởng ta dự định đặt một số trạm tuỳ theo phụ tải tính toán của các phân xưởng,

việc lựa chọn các sơ đồ cung cấp điện có ảnh hưởng rất lớn đến vấn đề kinh tế kỹ thuật của hệ thống,một sơ đồ cung cấp điện được gọi là hợp lý phải thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật sau :

• đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật

• đảm bảo các chỉ tiêu về mặt kinh tế

• đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

• thuận tiện và linh hoạt trong vận hành

• an toàn cho người và thiết bị

• dễ dàng phát triển để đáp ứng nhu cầu tăng trưởng của phụ tải

I Xác định vị trí đặt trạm biến áp trung tâm :

● vị trí đặt trạm trạm biến áp trung tâm phải thỏa mãn các điều kiện : gần tâm phụ tải, đảm bảo đủ chỗ và thuận tiện cho các tuyến dây, phù hợp với quy hoạch và

có thể phát triển, đảm bảo cho vận hành và sửa chữa, tổng tổn thất là nhỏ nhất, và chi phí kinh tế hợp lý, …

tọa độ trạm biến áp trung tâm được xác định theo biểu thức :

S

X S

S

Y S

= 1018415,597493,5 = 135,9trong đó : Si - công suất của phân xưởng thứ i

Xi, Yi - toạ độ tâm phụ tải của phân xưởng thứ i

Đó là vị trí tốt nhất để đặt trạm biến áp trung tâm và tọa độ của trạm là :

0 ( 154,6;135,9 )

*chọn dung lượng máy biến áp

dung lượng các máy biến áp được chọn theo điều kiện:

n: số máy biến áp đặt trong trạm,

khc: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ mụi trường, ta chọn loại MBA chế tạo

ở việt nam nên không cần hiệu chỉnh nhiệt độ, khc = 1,

kqt: hệ số quá tải sự cố, kqt = 1,4 nếu MBA vận hành trong chế độ quá tải

sự cố không quá 5 ngày đêm,thời gian quá tải trong một ngày đêm không vượt quá

6 giờ và trước khi quá tải MBA vận hành với hệ số tải kt ≤ 0,93

Stt sc: công suất tính toán sự cố, khi sự cố một MBA có thể loại bỏ một số thiết bị không quan trọng để giảm nhẹ sự quá tải MBA, nhờ vậy có thể giảm nhẹ được vốn đầu tư và tổn thất của trạm trong chế độ làm việc bình thường,

● nhà máy là hộ loại I nên TBAtg phải đặt hai máy biến áp với công suất được chọn theo điều kiện:

kiểm tra lại dung lượng máy biến áp đó chọn theo điều kiện quá tải sự cố với giả thiết các hộ trong nhà máy đều có 25% là phụ tải loại III có thế tạm ngừng cung cấp điện khi cần thiết:

II Chọn dây dẫn từ nguồn đến trạm biến áp trung tâm :

Theo dữ kiện bài cho thì khoảng cách từ nguồn đến trung tâm nhà máy là L = 12

km, hướng của nhà máy là đông, dây dẫn được chọn là dây nhôm lõi thép , lộ kép ,

dây đi trên không, loại dây này dẫn điện rất tốt lại đảm bảo được độ bền cơ học, do

đó được sử dụng rộng rãi trong thực tế,

với thời gian sử dụng công suất cực đại là Tm = 3200h, và dùng loại dây AC cho toàn mạng nên ta tiến hành tra bảng ta có jkt = 1,2 (A/mm2)

dòng điện chạy trên dây dẫn : Itt =

2 3 *

NM dm

Iscmax = 2 Itt= 2 61,8 = 123,6 (A) điều kiện cho phép :

Isc max ≤ k1 k2 Icp = 0,93 1 170 = 158,1 (A)

ta thấy Iscmax = 118,58 < Icp = 158,1 ( thỏa mãn ) ⇒ dây dẫn đã chọn đạt yêu cầu

III.xác định vị trí, số lượng, dung lượng trạm biến áp phân xưởng

1 xác định vị trí trạm biến áp phân xưởng

vị trí các trạm biến áp phải thoả mãn các yêu cầu cơ bản sau:

- an toàn và liên tục cung cấp điện,

- gần trung tâm phụ tải, thuận tiện cho nguồn cung cấp đi đến,

- thao tác, vận hành, quản lý dễ dàng,

- tiết kiệm vốn đầu tư và chi phớ vận hành nhỏ,

trong các nhà máy thường sử dụng các kiểu TBA phân xưởng:

- các trạm biến áp cung cấp điện cho một phân xưởng có thể dựng loại liền kề có một tường của trạm chung với tường của phân xưởng nhờ vậy tiết kiệm được vốn xây dựng và ít ảnh hưởng đến các công trình khác,

- trạm lồng cũng được sử dụng để cung cấp điện cho một phần hoặc toàn bộ phân xưởng với chi chi phí đầu tư thấp, vận hành và bảo quản thuận lợi nhưng về mặt an toàn khi có sự cố trong trạm hoặc trong phân xưởng là không cao,

- các trạm biến áp dựng chung cho nhiều phân xưởng nên đặt gần trung tâm phụ tải

vì điều đó cho phép đưa điện áp cao tới gần hộ tiêu thụ điện và rút ngắn chiều dài mạng phân phối cao áp của xí nghiệp cũng như mạng hạ áp phân xưởng, giảm chi phí kim loại làm dây dẫn và giảm tổn thất,

tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể có thể chọn một trong các loại trạm biến áp đó ,

để đảm bảo an toàn cho người và thiết bị, đảm bảo mỹ quan công nghiệp ta sẽ sử dụng loại trạm liền kề các phân xưởng,

Máy biến áp được chọn phải đảm bảo các yêu cầu:

+ đảm bảo liên lạc giữa nguồn và phụ tải

+ đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các phụ tải nhất là các phụ tải quan trọng, + đảm bảo về mặt kinh tế và kỹ thuật,

căn cứ vào yêu cầu, vị trí và công suất của các phân xưởng ta đặt 8 trạm biến áp phân xưởng:

* trạm B1 cung cấp điện cho phân xưởng kết cấu kim loại.

* trạm B2 cung cấp điện cho phân xưởng lắp ráp cơ khí

* trạm B3 cung cấp điện cho phân xưởng đúc

* trạm B4 cung cấp điện cho phân xưởng nén khí

* trạm B5 cung cấp điện cho trạm rèn

* trạm B6 cung cấp điện cho trạm bơm

*trạm B7 cung cấp điện cho phân xưởng sửa chữa cơ khí

*trạm B8 cung cấp điện phân xưởng 8;9;10;11

Số lượng máy biến áp đặt trong các trạm biến áp được chọn căn cứ vào yêu cầu cung cấp điện của phụ tải, trong mọi trường hợp, trạm biến áp chỉ đặt một máy biến áp sẽ là kinh tế và thuận lợi cho việc vận hành, nhưng độ tin cậy cung cấp điện là không cao, Vì vậy, các trạm biến áp cung cấp điện cho hộ loại I và loại II ta đặt 2 máy biến áp, hộ loại III ta đặt 1 máy biến áp,

chọn vị trí đặt máy biến áp phân xưởng

+ trạm B8:

Kiểm tra lại dung lợng MBA đã chọn theo điều kiện quá tải sự cố: Stt sc là công suất tính toán của phân xởng kết cấu kim loại đã cắt bớt các thiết bị không quan trọng trong phân xởng,

Điều kiện: 1,4.SđmB ≥ Stt sc = 0,75.Stt

SđmB ≥ 0,75.2863

1,4 = 901,6 (kVA)Máy biến áp đợc chọn thoả mãn điều kiện, Vậy trạm biến áp B1 đặt hai MBA:

2 x 1500 kVA,

3.Tổn thất công suất, tổn thất điện năng trong các máy biến áp

a, Tổn thất công suất trong các máy biến áp phân xởng,

Tổn thất công suất tác dụng của trạm biến áp có hai máy biến áp làm việc song song đợc xác định:

2

dmB

tttram N

0

S

S.P2

1P

∆

=

tinhh cho trạm B1 ta được :

trạm B1 đặt 2 mỏy 1500 - 10/0,4 kV do hang ABB chế tạo cú cỏc thụng số sau:

b Tæn thÊt ®iÖn n¨ng trong c¸c m¸y biÕn ¸p ph©n xëng

Tæn thÊt ®iÖn n¨ng trong tr¹m cã hai m¸y biÕn ¸p lµm viÖc song song:

.τ

S

S.P.2

1.tP2

A

2

dmB

tttram N

t = 8760 h - thêi gian vËn hµnh cña m¸y biÕn ¸p, lÊy b»ng mét n¨m,

τ= 3862 h - thêi gian tæn thÊt c«ng suÊt lín nhÊt,

Tæn thÊt ®iÖn n¨ng trong tr¹m B1:

P

∆ kW

A

∆(kWh)

Σ 1542,75

IV lựa chọn sơ đồ nối điện từ trạm trung tâm đến các trạm phân xưởng :

Để đảm bảo độ an toàn và mỹ quan của xí nghiệp, các tuyến dây sẽ được xây dựng

bằng đường cáp ngầm, đặt trong hào cáp xây dọc theo các tuyến giao thông nội bộ,

so sánh các phương án nối dây sau :

a, phương án 1 : ( dùng sơ đồ dẫn sâu )

Từ trạm biến áp trung tâm kéo dây trực tiếp đến các trạm phân xưởng theo sơ

đồ hình tia ,

Ưu điểm :có tổng chiều dài hình học nhỏ nhất , giảm được vốn đầu tư xây dựng,

giảm tổn thất và nâng cao năng lực truyền tải,

Nhược điểm : không thuận tiện cho thi công, vận hành và phát triển mạng điện,

độ tin cậy cung cấp điện không cao, các thiết bị sử dụng rất đắt và yêu cầu trình độ

vận hành cao, nó chỉ phù hợp với các nhà máy có phụ tải lớn và tập trung nên nó

không có tính khả thi, ta không xét đến phương án này,

Cũng tiến hành kộo dõy trực tiếp từ trạm biến ỏp trung tõm đến cỏc phõn xưởng,nhưng theo đường bẻ vuụng gúc.Cỏc đường cỏp này được xõy dựng dọc theo cỏc mộp đường và nhà xưởng.Do đú sẽ thuận tiện cho việc thi cụng,vận hành

và phỏt triển mạng điện.Tuy nhiờn chiều dài cỏc tuyến dõy sẽ nhiều hơn so với phương ỏn 1

1 Sơ bộ xỏc định tiết diện dõy dẫn :

khi lựa chọn phương ỏn cú thể chọn tiết diện dõy dẫn theo phương phỏp đơn giản nhất theo dũng điện đốt núng cho phộp, nhưng sau khi đó xỏc định được

phương ỏn tối ưu thỡ tiết diện dõy dẫn phải được kiểm tra lại theo hao tổn điện ỏp cho phộp, vỡ đối với mạng điện hạ ỏp thỡ chất lượng điện ỏp phải được đặt lờn hàng đầu, ta tiến hành chọn dõy dẫn theo phương phỏp hao tổn điện ỏp cho phộp ( lấy giỏ trị hao tổn điện ỏp cho phộp là ∆ucp = 5% Udm đối với cấp điện ỏp 220V, ∆Ucp = 11v ), dự định sẽ đặt cỏp trong cỏc rónh, xõy dựng ngầm dưới đất, do vậy cú thể sơ

bộ chọn giỏ trị điện trở khỏng x0 = 0,07 Ω/km , cỏp cao ỏp được chọn theo chỉ tiờu mật độ kinh tế của dũng điện jkt, đối với nhà mỏy làm việc 2 ca, thời gian sử dụng cụng suấtlớn nhất là : Tmax = 3200h, ta dựng cỏp lừi đồng , tra bảng ta tỡm được jkt = 2,7 A/mm2

● chiều dài cỏc tuyến dõy cao ỏp từ trạm biến ỏp trung tõm đến cỏc trạm phõn xưởng theo đường bẻ gúc được xỏc định theo biểu thức :

L0 – Bi = (X B −X i)2 + (Y B −Y i)2

● dũng điện chạy qua dõy dẫn : ITT =

2 3 *

TT dm

● Kiểm tra tiết diện cáp đã chọn theo điều kiện phát nóng :

ISCMax ≤ ITT khc = ITT k1 k2

với : Iscmax : dũng điện xảy ra khi sự cố đứt 1 cỏp, Iscmaxx = 2Itt

k1 : hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ, lấy k1 =1,

k2 : hệ số hiệu chỉnh về số dõy cỏp cựng đặt trong một rónh, cỏc rónh đều đặt 2 cỏp, khoảng cỏch giữa cỏc sợi cỏp là 300 mm Tra tỡm được k2 = 0,93

3 2

đai thép, vỏ PVC do hãng FURUKAWA (Nhật ) chế tạo, dòng điện cho phép dới

đất ở 250C là: I = 105 A,

+) kiểm tra điêu kiện phát nóng : Iscmax = 2 ITT= 2,77,45 = 154,9(A)

§iÒu kiÖn cho phÐp : ISC Max ≤ K1 K2 ICP = 0,93 1 205 = 190,65 (A)

Ta thấy ISCMax < 190,65 ( Thỏa mãn ) ⇒ dây dẫn được chọn đạt yêu cầu

+) KiÓm tra ®k ph¸t nãng : ISCMax = 2 ITT=2.71,76 = 143,52(A)

§iÒu kiÖn cho phÐp : ISC Max ≤ K1 K2 ICP = 0,93.1,174 =161,82 (A) =>dây dẫn chọn đạt yêu cầu

Tính toán tương tự cho các tuyến cáp ta có bảng sau

Tuyến cáp Tiết diện L r0 Imax Icp

B1 – 15 3x35+25 65x2 0,52 71,76 174

B3-12 3x185+70 60x2 0,99 429,84 434

B6-6 3x150+70 67x2 0,124 197,05 397