Thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng sửa chữa cơ khí

LỜI NÓI ĐẦU Đất nước ta đang trong công cuộc công nhiệp hoá, hiện đại hoá.Nhu cầu điệnnăng trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ và sinh hoạt tăngtrưởng không ngừng đi cùn

Đề Bài:Thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng sửa

chữa cơ khí

Họ và tên: Nguyễn Đình Đàm

Số thứ tự: N = 9

Danh mục các thiết bị và các thông số:

(kW)

Uđm (V)

Cos φ

5 thiết bị để tôi bánh răng 3 20 380 0,6 0,16

LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước ta đang trong công cuộc công nhiệp hoá, hiện đại hoá.Nhu cầu điệnnăng trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ và sinh hoạt tăngtrưởng không ngừng đi cùng với quá trình phát triển kinh tế.Do đó đòi hỏi rấtnhiều 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 cho sự phát triển của các nghành trongnền kinh 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 cẩnthận cao.Phụ tải của ngành phần lớn là phụ tải hộ loại 1, đòi hỏi độ tin cậy cungcấp điện ca Một phương án cung cấp điện hợp lý là 1 phương án kết hợp hài hòađược các chỉ tiêu kinh tế, kĩ thuật, đảm bảo đơn giản trong sửa chữa và vận hànhthuận tiện, đảm bảo chất lượng điện năng.Hơn nữa cần áp dụng các thiết bị cùngcác thiết kế hiện đại và có khả năng mở rộng trong tương lai

Dưới sự hướng dẫn của thầy TS Nguyễn Đức Minh, em được nhận đề tài Thiết

kế cung cấp điện cho 1 phân xưởng sửa chữa cơ khí.Đồ án bao gồm 1 số phầnchính như chọn máy và vị trí đặt trạm biến áp, chọn dây và các phần tử bảo vệ,hạch toán công trình Việc làm đồ án đã giúp chúng em điều kiện áp dụng nhữngkiến thức đã học và tích lũy thêm được nhiều kinh nghiệm.Đây là 1 đồ án có tínhthực 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 củathầy TS.Trần Quang Khánh cùng các thầy cô trong khoa Hệ Thống Điện Do trình

độ còn hạn chế nên việc thực hiện đồ án còn nhiều thiếu xót Em rất mong nhậnthêm được nhiều sự chỉ dẫn của thầy cô để hoàn thiện hơn cho đồ án

Em xin chân thành cảm ơn

Sinh viên thực hiện NGUYỄN ĐÌNH ĐÀM

CHƯƠNG I: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA PHÂN

XƯỞNG SỬA CHỮA CƠ KHÍ

**********

I Phụ Tải Điện

Tính toán phụ tải điện là công việc bắt buộc và đầu tiên trong mọi công trìnhcung cấp điện, việc này sẽ cung cấp các số liệu phục vụ cho việc thiết kế lưới điện

về sau của người kỹ 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 các phụtải sẽ đảm bảo an toàn

Có nhiều phương pháp tính toán phụ tải điện như: xác định theo phương pháp

hệ số nhu cầu, hệ số tham gia cực đại, hệ số đồng thời Đối với việc thiết kế cungcấp điện cho phân xưởng sửa chữa cơ khí , vì đã có các thông tin chính xác về mặtbằng bố trí thiết bị , biết đựoc công suất và quá trình công nghệ của từng thiết bịnên sử dụng phương pháp hệ số nhu cầu để tổng hợp nhóm phụ tải động lực Nộidung chính của phưong pháp như sau:

- Chuyển chế độ làm việc ngắn hạn của các thiết bị sang chế độ làm việc dàihạn:

P i P dmi. %

- Chia nhóm các thiết bị trong phân xưởng thành nhiều nhóm:

+Mỗi nhóm có n thiết bị (n<12) để đảm bảo số thiết bị trong 1 nhóm là khôngquá nhiều vì số đầu ra của các tủ động lực thường ≤ 12

+Các thiết bị trong 1 nhóm phải ở gần nhau để giảm chiều dài đường dây hạáp.Do đó có thể tiết kiệm được vốn đầu tư và tổn thất trên các đường dây hạ áptrong phân xưởng

+Công suất đặt của các nhóm phải tương đương nhau để giảm chủng loại các tủđộng lực cần dùng trong phân xưởng

Tuy nhiên rất khó có thể đáp ứng tất cả các nguyên tắc trên nên khi thiết kế phảiphụ thuộc vào điều kiện cụ thể của phụ tải để lựa chọn ra phương án phù hợp nhất.

- Xác định công suất phụ tải của các nhóm theo hệ số nhu cầu:

+Xác định hệ số sử dụng tổng hợp K sd của nhóm có n thiết bị theo công thức:

1 1

n

P dmi sdi K i

K

P dmi i

P m

 

và

* P1

P P



2 1

n

P dmi i

n hq

n P dmi i

hom 1





Trong đó: N là số nhóm thiết bị trong phân xưởng

hom 1

Trong đó: P0 là công suất phụ tải chiếu sáng trên 1 đơn vị diện tích (W/m2)

F là diện tích chiếu sáng của phân xưởng (m2)

- Đối với phân xưởng sửa chữa cơ khí thì P0= 20 W/m2 và F=20x25=500 m2

 Nhóm 1 :

(kW)

Uđm (V)

Cos φ

K sd

P dmi i

+ Trong nhóm có n1=6 thiết bị có công suất:  

8

os 1

cos

1 0,6.(15.2 9 4 9 10.2) 0,35.1,1 43,585

0,6

i n

P dmi i

(kW)

Uđm (V)

Cos φ

3 Thiết bị để tôi bánh răng 2 20 380 0,6 0,16

- Hệ số sử dụng tổng hợp của nhóm2 là:

K sd

P dmi i





+Công suất phụ tải của nhóm 2 là:

cos 2

8 1 0,35.1,1 0,6.(2.4 20.2 9 10 10,8) 47,065

0,6

i n

P dmi i

c n

Cos φ

K sd

P dmi i

- Hệ số nhu cầu của nhóm 3 là :

P dmi i

Cos φ

4 thiết bị để tôi bánh răng 1 20 380 0,6 0,16

K sd

P dmi i

* 8.0,83 6,63 4

P dmi i

Ta có bảng tổng kết số liệu của 4 nhóm thiết bị sau khi tính toán

ở trên như sau:

STT nhóm Pnhom(kW) Qnhom(kVAr) Cosφnhom K

hom 1

 với N=4+Hệ số sử dụng tổng hợp của nhóm phụ tải động lực:

4

hom (35,82 35,72).0,162 37,87.0,12 40,76.0,16

hom 1

i dl

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 Vớiphân xưởng sửa chữa cơ khí, ta nên áp dụng sơ đồ hình tia để cung cấp điện vì cácthiết bị điện khá tập trung Các phương án được nêu chi tiết dưới đây

Để cấp điện cho các động cơ máy công cụ, trạm biến áp phân xưởng cung cấpđiện cho 4 tủ động lực ứng với 4 nhóm động lực đã tính toán đặt rải rác cạnh tườngphân xưởng, mỗi tủ cấp điện cho các nhóm phụ tải đã phân nhóm ở trên

Ta có sơ đồ đi dây sơ bộ của trạm biến áp phân xưởng và 4 tủ động lực là:

Phương án 1: các tủ được đặt tại các điểm của phân xưởng như hv.

Tủ động lực 1

Tủ động lực 2

Trạm biến áp

II Tính Toán Chọn Đường Dây Từ Trạm Biến Áp Phân Xưởng Tới

Các Tủ Động Lực Và Tới Các Máy Động Lực

Ta chọn dây dẫn từ trạm biến áp phân xưởng tới các tủ động lực,và các máyđộng lực là loại dây cáp đồng 3 pha 3 lõi vỏ PVC,khoảng cách giưa các sợi là20cm Cáp đặt trong rãnh chôn ở sát tường phân xưởng.Các đường cáp tới các tủđộng lực gần nhau thì có thể đặt chung trong 1 rãnh để tiết kiệm về chi phí

Với 2 phương án đưa ra ta cần tìm ra 1 pa vừa đảm bảo kỹ thuật vừa giảm đượcvốn đầu tư, và chi phí vận hành.Ta tiến hành so sánh các phương án dựa vào các sốliệu cơ bản như tổng vốn đầu tư và chi phí vận hành hàng năm

Thành phần dây dẫn từ các tủ động lực đến các thiết bị có sơ đồ đi dây giốngnhau và tiết diện cũng như độ dài giống nhau nên có thể không xét đến chi phí quydẫn trong khi so sánh sơ bộ các phương án

K2= 0,87:là hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ kể đến số cáp đặt trong một rãnh

Icp :dòng cho phép tiêu chuẩn của dây dẫn

tt

tt cp

S

U I

x 0 = 0,07 (Ω/km)km)

Kiểm tra điều kiện kỹ thuật:

% 5% 0,05.0,38 0,019( ) 35,82.1,15.0,035 47,76.0,07.0.035

4,01( ) 0,38

 Vậy cáp đã chọn đạt yêu cầu

Cáp tới các tủ còn lại tính tương tự

Ta có bảng tiết diện dây dẫn chọn từ MBA tới các tủ động lực:

Stt

(kVA)

Pdm (kv)

Udm (kv)

Itt (A)

Ftc (mm2 )

Icp (A)

l.10-3(kM)

+ Tính chi phí quy dẫn: Chi phí từ mba tới tủ động lực 1

Zd= (atc + kkh).(a + b.F).L + ∆A.C∆A

Trong đó:

atc: hệ số tiêu chuẩn sử dụng hiệu quả vốn đầu tư

atc =

25 25

.( 1) 0,2.(0,2 1)

(0,2 1) 1( 1) 1

h h

T T

i i i

∆A: tổn thất điện năng trên dây cáp

Chi phí từ trạm biến áp tới các tủ động lực còn lại được tính tương tự như tủ 1:

Ta có bảng tổng hợp:

Stt Ftc(mm2) L(km) Udm(kv) r 0

(Ω/km)

a 106(đ/kW)

b.106(đ/mm2km)

K1= 1:là hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ, kể đến sự chênh lệch nhiệt độ giữa

môi trường làm việc và môi trường nhân tạo

K2= 0,87:là hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ kể đến số cáp đặt trong một rãnh

I :dòng cho phép tiêu chuẩn của dây dẫn

U I

0,846( ) 0,38

 Vậy cáp đã chọn đạt yêu cầu

Cáp từ tủ phân phối tới các tủ còn lại tính tương tự như phương án 1

Ta có bảng tiết diện dây dẫn chọn từ tủ phân phối tới các tủ động lực:

Stt

(kVA)

Pdm (kv)

Udm (kv)

Itt (A)

Ftc (mm2 )

Icp (A)

l.10-3(kM)

+ Tính chi phí quy dẫn: Chi phí từ mba tới tủ phân phối

Zd= (atc + kkh).(a + b.F).L + ∆A.C∆A

Trong đó:

atc: hệ số tiêu chuẩn sử dụng hiệu quả vốn đầu tư

atc =

25 25

.( 1) 0,2.(0,2 1)

(0,2 1) 1( 1) 1

h h

T T

i i i

F,L: tiết diện và chiều dài dây cáp

∆A: tổn thất điện năng trên dây cáp

b.106(đ/mm2km)

∑Zd = (2,301+ 2,523+ 2,000+ 2,29+1,52).106 = 10,634.106 (đ)

Sau khi tính toán ta thấy phương án 1 có tổng chi phí quy dẫn

∑Zd1= 8,955.106 (đ) nhỏ hơn của phương án 2 là ∑Zd2 =10,634.106 (đ)

= > VẬY CHỌN PHƯƠNG ÁN 1 LÀ PHƯƠNG ÁN CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG

CHƯƠNG III LỰA CHỌN CÁC PHẦN TỬ TRONG SƠ ĐỒ

*************

Các thiết bị điện của hệ thống điện trong điều kiện vận hành có thể ở một trong

ba chế độ sau:

- Chế độ làm việc lâu dài

- Chế độ làm việc quá tải

- Chế độ chịu dòng điện ngắn mạch, Trong chế độ làm việc lâu dài, các thiết bị điện, sứ cách điện và các bộ phậndẫn điện khác sẽ làm việc tin cậy nếu chúng được chọn theo đúng điện áp và dòngđiện định mức

Trong chế độ quá tải, dòng điện qua thiết bị điện và các bộ phận dẫn điệnkhác lớn hơn so với dòng điện định mức.Nếu mức quá tải không vượt quá giới hạncho phép thì các thiết bị điện vẫn làm việc tin cậy

Trong tình trạng ngắn mạch,các khí cụ điện, sứ cách điện và các bộ phận dẫnđiện khác vẫn đảm bảo làm việc tin cậy ,nếu quá trình lựa chọn chúng có các thông

số theo đúng điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt Tất nhiên khi xảy ra ngắnmạch, để hạn chế tác hại của nó cần phải nhanh chóng loại trừ sự cố ngắn mạch

Như vậy, dòng điện ngắn mạch là số liệu quan trọng để chọn và kiểm tra cácthiết bị điện.

Đối với máy cắt, máy cắt phụ tải và cầu chì, khi lựa chọn còn phải kiểm trakhả năng cắt của chúng

Tóm lại, việc lựa chọn đúng đắn các thiết bị điện có ý nghĩa quan trọng làđảm bảo cho hệ thống cung cấp điện vận hành an toàn,tin cậy và kinh tế

K2= 0,87:là hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ kể đến số cáp đặt trong một rãnh

Icp :dòng cho phép tiêu chuẩn của dây dẫn

dm tt

tt cp

P S

Kiểm tra điều kiện kỹ thuật:

% 5% 0, 05.0,38 0, 019( ) 15.4, 61.0,001 20.0,09.0,001

0.19( ) 0,38

 Vậy cáp đã chọn đạt yêu cầu

Ta có tiết diện cáp chọn từ tủ động lực tới các máy

động lực khác tính tương tự:(bảng trang bên)

Udm (kv)

Itt (A)

Ftc (mm2)

Icp (A)

2 tính toán cho nhóm 2 (tương tự nhóm 1)

Udm (kv)

Itt (A)

Ftc (mm2)

Icp (A)

3 tính toán cho nhóm 3 (tương tự nhóm 1)

Udm (kv)

Itt (A)

Ftc (mm2)

Icp (A)

4 tính toán cho nhóm 4 (tương tự nhóm 1)

Udm (kv)

Itt (A)

Ftc (mm2)

Icp (A)

II Tính Toán Ngắn Mạch Cho phân Xưởng

Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện cho phân xưởng

Ngắn mạch là hiện tượng vì một lý do nào đó mạch điện bị chập lại ở một điểmnào đó khiến cho tổng trở nhỏ đi , dòng điện tăng lên một cách đột ngột.Hậu quả làlàm nhiệt độ tăng lên quá cao phá hủy đặc tính cách điện của các thiết bị và gây ra

sự chạm chập cháy nổ.Làm xuất hiện lực điện động rất lớn và có thể phá hủy các kết cấu của các thiết bị điện và tiếp tục gây chạm chập cháy nổ

1 Tính toán ngắn mạch trung áp

Ngắn mạch trung áp được coi là ngắn mạch xa nguồn , tại đó dòng ngắn mạch

thành phần không chu kỳ đã tắt , chỉ còn dòng ngắn mạch chu kỳ

IN = ICK = I” = I∞

Do không biết kết cấu lưới điện nguồn cung cấp nên để tính ngắn mạch trung áp coi nguồn cung cấp công suất cho điểm ngắn mạch là công suất cắt định mức của máy cắt đầu đường dây đặt tại trạm biến áp

K2= 0,87:là hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ kể đến số cáp đặt trong một rãnh

Icp :dòng cho phép tiêu chuẩn của dây dẫn

tt cp

S

U I

7,93( ) 10

N

U I

U I

tb ht

dmMC

U X

S

Rd= r0.l = 12,1.0,07= 0,847 (Ω) Xd= x0.l = 0,1.0,07= 0,007 (Ω)

N1: thanh cái hạ áp để kiểm tra aptômát tổng

N2: 1 tủ động lực đại diện xa nhất là tủ 1 để kiểm tra aptômát nhánh

N3: 1 động cơ đại diện xa nhất là búa hơi để rèn để kiểm tra aptômát cho cácđộng cơ

Chọn cáp từ trạm biến áp tới thanh cái với chiều dài 7m:

Cáp do hãng Lens sản xuất

Ta có: K1.K2.Icp ≥ Itt

K1= 1:là hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ, kể đến sự chênh lệch nhiệt độ giữamôi trường làm việc và môi trường nhân tạo.

K2= 0,87:là hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ kể đến số cáp đặt trong một rãnh

Icp :dòng cho phép tiêu chuẩn của dây dẫn

S

U I

0, 46( ) 0,38

 Vậy cáp đã chọn đạt yêu cầu

- Ngắn mạch ba pha tại điểm N 1:

(3) 1

- Ngắn mạch ba pha tại điểm N 3

III Lựa Chọn Thiết Bị Bảo Vệ Và Đo Lường

Các thiết bị bảo vệ được đặt tại đầu tuyến dây, chúng sẽ cắt dòng điện trongkhoảng thời gian nhỏ hơn giá trị theo đường đặc tuyến quá nhiệt I2.t của dây cáp

Sau khi xảy ra ngắn mạch trong vòng 0,5 giây,các đặc tuyến của dây dẫn cách điện

có thể được xác định gần đúng theo biểu thức:

2 2 2

I t C F

Trong đó:

IN – giá trị dòng ngắn mạch chạy qua dây dẫn, A

TN – thời gian dòng ngắn mạch đi qua, s; tN  5s

F – tiết diện dây dẫn cách điện, mm2

Các thiết bị bảo vệ bao gồm cầu chảy, aptomat, khởi động từ, máy biếndòng… Thiết bị bảo vệ cho phép dây cáp tải dòng làm việc cực đại vô thời hạn, khi

bị quá tải, thiết bị bảo vệ sẽ cắt mạch sau khoảng thời gian xác định theo đoạn đặctuyến chống quá tải.Trong trường hợp xảy ra sự cố ngắn mạch, thiết bị sẽ tác độngtrong khoảng thời gian xác định theo đoạn đặc tuyến bảo vệ chống ngắn mạch.Ứng với tiết diện dây dẫn xác định, giá trị dòng điện cho phép Icp sẽ thay đổi phụthuộc vào nhiệt độ trung bình của môi trường xung quanh (nếu nhiệt độ trung bìnhcao thì giá trị Icp sẽ giảm)

Điều kiện để các thiết bị bảo vệ tác động chính xác là:

- Dòng định mức của thiết bị In bảo vệ lớn hơn dòng làm việc cực đại, nhưngnhỏ hơn dòng cho phép của dây dẫn, tức là: IM  In  Icp

- Dòng khởi động của bảo vệ Ikđ phải nhỏ hơn 1,45 lần dòng cho phép:

DCL CSVCA

CCCA

TBA

a, Lựa chọn dao cách ly

- Dao cách ly làm nhiệm vụ cách ly giữa đường dây trung áp và trạm biến áp Phục

vụ cho việc kiểm tra, bảo dưỡng và sửa chữa các thiết bị trạm biến áp

Điều kiện chọn dao cách ly là:

Căn cứ vào các điều kiện trên ta chọn dao cách ly DN 10/630 do công ty thiết bịđiện đông anh chế tạo với UdmDCL = 10kV

IdmDCL= 600 (A); Iổnđịnhdong= 21(kA); Iổnđịnhnhiệt=14(kA).

Do đó ta chọn cầu chì cao áp đặt trong nhà K do Liên Xô cũ chế tạo

với UdmCC= 10 kV; IdmCC=30 A; Icdm= 12 kA; Scdm= 300 MVA

2 Chọn thiết bị phía hạ áp

1 2 3 4 5 6 7 8

Tủ chiếu sáng

1 2 3 4 5 6 7 8 TBA

a Chọn aptômat tổng:

- AT tổng làm nhiệm vụ bảo vệ quá tải trong máy biến áp và ngắn mạch trong

U

A Căn cứ vào dòng làm việc ta chọn aptomat loại NS 225E do hãng Merlin Gerincủa Pháp chế tạo với dòng định mức là 225A; UdmAT= 500kV; Icdm= 7,5 kA

b Lựa chọn thanh cái hạ áp

Thanh cái hạ áp nhận điện từ máy biến áp và phân phối cho các nhánh

Các điều kiện chọn và kiểm tra thanh góp:

Dòng điện phát nóng lâu dài cho phép: K1.K2.Icp ≥ Icb

Điều kiện ổn định động: ∂cp ≥ ∂tt

Điều kiện ổn định nhiệt: F ≥ α.IN tqd

Trong đó:

+ α : là hằng số phụ thuộc vào vật liệu làm thanh góp

+ K1=1 khi thanh cái đặt đứng

+ K1=0,95 khi thanh cái đặt ngang

+ K2: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường

l : khoảng cách giữa các sứ của 1 pha, cm

a : khoảng cách giữa các pha, cm

+ W=

2

.6

b h

: là mô men chống uốn của thanh đứng