Cung cấp điện cho xưởng sửa chữa cơ khí

Hiện nay nhu cầu sử dụng điện là cần thiết đối với tất cả mọi người trong mọi lĩnh vực đời sống hàng ngày từ việc sử dụng điện để chiếu sáng đến việc sử dụng điện phục vụ cho sản xuất,tất cả nhưng nhu cầu đó đã cho ta biết vai trò của điện trong đời sống. Cùng với sự phát triện kinh tếxã hội, khoa học kỹ thuật, thiết kế hệ thống cung cấp điện là một trong những vấn đề quan trọng trong sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đât nước ta. Hệ thống cung cấp điện đóng vai trò rất lớn trong công cuộc xây dựng đất nước ta hiện nay. Cùng với nhu cầu sử dụng điện và các trang thiết bị ngày càng hiện đại nên việc trang thiết bị về kiến thức mới về hệ thống cung cấp điện, cách thức sử dụng hệ thống trong xí nghiệp ,khu công nghiêp,nhà ở…là rất cần thiết.

MỤC LỤC

Trang

Mục lục 1

Nhiệm vụ cần thực hiện 5

I.Thuyết minh 9

Chương 1.Tính toán phụ tải điện 9

1.1 Phụ tải chiếu sáng 9

1.2 Phụ tải thông thoáng và làm mát 9

1.3 Phụ tải động lực 10

1.4.Tổng hợp phụ tải toàn phân xưởng 15

1.5.Nhận xét – Đánh giá 15

Chương 2.Xác định sơ đồ cấp điện của toàn phân xưởng 16

2.1.Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng 16

2.2.Các phương án cấp điện cho phân xưởng 18

Chương 3 Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị điện 24

3.1.Tính toán ngắn mạch 26

3.2.Chọn và kiểm tra dây dẫn 29

3.3.Chọn và kiểm tra thiết bị trung áp 29

3.3.1 Chọn máy cắt……… 31

3.3.2 Chọn dao cách ly……… 32

3.3.3 Chọn cầu chảy……… 33

3.3.4 Chọn chống sét van……… 33

3.4 Chọn và kiểm tra thiết bị hạ áp 34

3.4.1 Chọn tủ phân phối……… 34

3.4.2 Chọn các tủ động lực và cầu chì……… …….36

3.4.3 Chọn thanh cái hạ áp 39

3.4.4 Chọn sứ cách điện 41

3.4.5 Chọn khởi động từ 42

3.5 Chọn thiết bị đo lường 47

3.5.1 Chọn máy biến dòng điện BI 47

làm mát 47

Chương 4: Thiết kế trạm biến áp 49

4.1.Tổng quan về trạm biến áp 49

4.2.Chọn phương án thiết kế xây dựng trạm biến áp 50

Chương 5.Tính bù công suất phản kháng và nâng cao hệ số công suất 52

5.1.Ý nghĩa của việc bù công suất phản kháng………52

5.2.Tính toán bù công suất phản kháng……… 53

5.3.Đánh giá hiệu quả bù công suất phản kháng………54

5.4.Nhận xét và đánh giá……… 54

Chương 6.Tính toán nối đất và chống sét……….54

6.1.Tính toán nối đất……… 54

6.2.Tính toán chọn thiết bị chống sét………56

6.3.Nhận xét và đánh giá……….

Lời nói đầu

Đất nước ta đang trong công cuộc công nhiệp hoá, hiện đại hoá Nhu cầu điệnnăng trongcác lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ và sinh hoạt tăngtrưởng không ngừng đi cùngvới 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 lượngcao, đảm bảo cung cấp điện liên tục, phục vụ tốt cho sự phát triển của cácnghành trong nền kinh tế quốc dân

Trong đó có lĩnh vực công nghiệp là 1 trong các ngành kinh tế trọng điểm củađất nước, được Nhà nước và Chính phủ ưu tiên phát triển vì có vai trò quan trọngtrong kế hoạch đưa nước ta trở thành nước công nghiệp vào năm 2020 Thiết kếcung cấp điện cho nghành này vì thế là 1 công việc khó khăn, đòi hỏi sự cẩn thậncao Phụ tải của ngành phần lớn là phụ tải hộ loại 1, đòi hỏi độ tin cậy cung cấpđiện cao 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 NGUYỄN VĂN HÙNG, em được nhận đề tàiThiết kế cung cấp điện cho 1 phân xưởng sửa chữa cơ khí Đồ án bao gồm 1 sốphần chính 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 dụngnhững kiến thức đã học và tích lũy thêm được nhiều kinh nghiệm Đây là 1 đồ án

có tính thực tiễn rất cao, chắc chắn sẽ giúp ích cho em rất nhiều trong công tácsau này

Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã nhận được sự chỉ bảo rất tận tình củathầy NGUYỄN VĂN HÙNG Tuy nhiên do trình độ còn hạn chế nên việc thựchiện đồ án còn nhiều thiếu xót Em rất mong nhận thêm được nhiều sự chỉ dẫncủa thầy cô để hoàn thiện hơn cho đồ án

Em xin chân thành cảm ơn!

Nhiệm vụ cần thực hiện

I Thuyết minh

1 Tính toán phụ tải điện

1.1 Phụ tải chiếu sáng

1.2 Phụ tải thông thoáng và làm mát

1.3 Phụ tải động lực: phân nhóm thiết bị, xác định phụ tải từng nhóm, tổng

hợp phụ tải động lực

1.4 Tổng hợp phụ tải toàn phân xưởng

1.5 Nhận xét và đánh giá

2 Xác định sơ đồ cấp điện của phân xưởng

2.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng

2.2 Các phương án cấp điện cho phân xưởng(3 đến 4 phương án, sơ bộ

chọn tiết diện dây dẫn, tính toán tổn thất trong mạng điện)

2.3 Đánh giá lựa chọn sơ đồ điện tối ưu

3 Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị

3.1 Tính toán ngắn mạch

3.2 Chọn và kiểm tra dây dẫn

3.3 Chọn và kiểm tra thiết bị trung áp( dao cách ly, cầu chảy, chống sét

van,vv )

3.4 Chọn thiết bị hạ áp (loại tủ phân phối, thanh cái, sữ đỡ, thiết bị chuyển

mạch bằng tay và tụ động đóng/cắt nguồn tự động, aptomat/cầu chảy,khởi động từ,

3.5 Chọn thiết bị đo lường: máy biến dòng, ampe mét, vol mét, công tơ, 3.6 Kiểm tra chế độ mở máy động cơ

3.7 Nhận xét và đánh giá

4 Thiết kế trạm biến áp

4.1 Tổng quan về trạm biến áp

4.3 Sơ đồ nguyên lý, mặt bằng, mặt cắt của trạm biến áp

4.4 Nhận xét

5 Tính bù công suất phản kháng nâng cao hệ số công suất

5.1 Ỹ nghĩa của việc bù công suất phản kháng

5.2 Tính toán bù công suất phản kháng để cosφ mong muốn sau khi bù đạt

4 Sơ đồ tủ phân phối, sơ đồ chiếu sáng và sơ đồ nối đất

5 Bảng số liệu tính toán mạng điện: phụ tải, so sánh các phương án, giảithích chế độ xác lập của mạng điện, dự toán công trình

C: Dữ liệu phục vụ thiết kế

Mặt bằng bố trí thiết bị của phân xưởng:

-Kí hiệu và công suất đặt của thiết bị trong nhà xưởng

I Thuyết minh

I.1 Phụ tải chiếu sáng.

Căn cứ vào sơ đồ mặt bằng phân xưởng và tỉ lệ trên sơ đồ ta xác định phụ tảichiếu sáng trên một đơn vị diện tích của phân xưởng

Công suất toàn phần của nhóm chiếu sáng là:

Scs =

Qcs = 10,368 kVAr

1.2 Phụ tải tính thông thoáng và làm mát

- Xét trên diện tích ngăn thứ nhất sâu 6m từ cửa vào, rộng 24m, có diện tích

2.6 = 12 quạt thông gió

- Lấy cos = 0,8 (theo bảng PL I.1 Thiết kế cấp điện- Ngô Hồng Quang)

- Phụ tải tính toán nhóm phụ tải thông thoáng và làm mát:

Plm=24.120+12.80=3840W=3 ,84(kW ).

- Các thiết bị điện trong cùng một nhóm gần nhau;

- Nếu có thể, trong cùng một nhóm nên bố trí các máy có cùng chế độlàm việc;

- Công suất các nhóm xấp xỉ bằng nhau

Căn cứ vào các thiết bị và diện tích mặt bằng phân xưởng ,ta chia các thiêt bịđộng lực ra thành 4 nhóm và tính toán cho từng nhóm như sau:

n = 11, n1=7

Tra bảng với ksd=0,35 và nhq=9 được kmax=1,5

(bảngPL I.6_ Thiết kế cấp điện –Ngô Hồng Quang)

- Phụ tải tính toán nhóm 1: cosφtb1=0,64 → tgφ = 1,2

Tính toán tương tự cho các nhóm còn lại, ta có bảng thông số của các nhómnhư sau:

Tên nhóm

và thiết bị điện

Số lượng

Số hiệu trên

sơ đồ

Công suất đặt P,kW

I đm, A thiết bị

Hệ số sử dụng

k sd

thiết bị hiệu quả

n hq

Hệ số cực đại

Nhóm 2

+ Tổng hợp phụ tải động lực

Từ các tính toán cụ thể trên của các nhóm ta có bảng kết quả tổng hợp như sau :

Bảng 1.5:Số liệu tính toán cụ thể của từng nhóm.

Nhóm ksd∑ Cosφtb Pttđl;kW Qttđl;kVAr Sttđl;kVA

- Lấy hệ số thiết bị hiệu quả nhq=6

- Tra bảng ta được kmax=1,7

- Hệ số công suất của phụ tải động lực :

Bảng kết quả tính toán phụ tải

STT Phụ tải Ptt, (kW) Qtt,(kVAr) Stt, (kVA) cosφ

Hệ số công suất trung bình toàn phân xưởng:

Chương 2: XÁC ĐỊNH SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN CỦA PHÂN XƯỞNG

2.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp 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 khả năngđiều 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 phụtải được 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 gần nhất nhà xưởng

*SƠ ĐỒ TRỤC CHÍNH :

-Các phụ tải đấu nối chung vào một trục chính

- Chi phí đầu tư , vận hành , bảo dưỡng thấp

-Độ tin cậy thấp , thường xảy ra sự cố trên đường dây

-Có nhiều mối nối phụ tải phụ thuộc vào nhau

*Sơ đồ mạng điện hình tia:

-Mỗi phụ tải được cấp một đường dây riêng biệt.

-Chi phí vận ,bảo dưỡng , vốn đầu tư cao.

-Độ tin cậy cung cấp điện cao.

-Các phụ tải không phụ thuộc vào nhau.

*Sơ đồ mạch vòng:

-Các phụ phụ tải được cung cấp điện từ các nguồn khác nhau.

-Các nguồn được nối thành vòng kín vận hành hở.

-Chi phí vận hành , bảo dưỡng , vốn đầu từ cao.

-Độ tin cậy cung cấp điện cao nhất.

-Khó trong việc lựa chọn thiết bị

- Phương án: Tủ phân phối đặt ở sát tường gần Trạm biến áp Mỗi tủ động lực,

tủ chiếu sáng, tủ thông thoáng làm mát được cấp điện bằng một mạch riêng

 Tính toán phương án

Chọn cáp và dây dẫn theo điều kiện phát nóng:

Dây dẫn được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép sẽ

đảm bảo cho cách điện của dây dẫn không bị phá hỏng do nhiệt độ củadây dẫn đạt đến trị số nguy hiểm cho cách điện của dây dẫn Điều nàyđược thực hiện khi dòng phát nóng cho phép của dây, cáp phải lớn hơndòng điện làm việc lâu dài cực đại chạy trong dây dẫn

khc

Trong đó:

Icp : dòng điện làm việc lâu dài cho phép của cáp và dây dẫn (A)

khc : hệ số điều chỉnh theo điều kiện lắp đặt thực tế khc=k1.k2.k3

- k1: hệ số thể hiện ảnh hưởng của cách thức lắp đặt (đặt trong rãnh ngầm: k1=0,95)

- k2: hệ số thể hiện ảnh hưởng tương hỗ của các mạch đặt kề nhau, lấy k2=1

- k3: ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường (lấy k3=1 ở 30oC)

 Chọn cáp từ nguồn tới trạm biến áp( N→TBA)

+ Dòng điện chạy trong cáp:

Mật độ dòng kinh tế của cáp đồng ứng với TM = 4500 h và ứng với dây nhôm

AC là jkt = 1,1 (A/mm2) ( Bảng 4.3- Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện)

+ Tiết diện dây cáp:

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

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

Có ro=0,92 Ω/km, xo=0,414 Ω/km

+ Hao tổn điện áp:

(LN-B là chiều dài từ trạm tới TPP)

+ Tổn thất điện năng: AN-B =

Chiều dài dây dẫn từ TBA đến TPP : L0 = 5 m

Dòng điện chạy trên đường dây:

Ta chọn cáp 4 lõi loại (3.95+1.50) cách điện PVC do Lens chế tạo tiết diệnF=95 mm2, có Icp = 301 A ,có r0 = 0,193 Ω/km, x0 = 0,06 Ω/km

+ Hao tổn điện áp thực tế :

+ Tổn thất điện năng: A =

Chiều dài dây dẫn từ tủ phân phối đến tủ động lực 1: L1 = 6 m

Dòng điện chạy trên đường dây:

Cáp đặt trong rãnh ngầm: k1=0,95 → khc=k1.k2.k3=0,95

Ta chọn cáp 4 lõi 4G16 có Icp = 113 A ,có r0 = 1,15 Ω/km, x0 = 0,07 Ω/km

- Hao tổn điện áp thực tế :

- Tổn thất điện năng: A0-1 =

Icp, A

Fcáp, mm2

∆U, V

∆A, kWh

-Ngắn mạch là tình trạng sự cố nghiêm trọng và thường xảy ra trong hệ thốngcung cấp điện.

-Các dạng ngắn mạch thường xảy ra trong hệ thống cung cấp điện là ngắn mạch

ba pha, hai pha và một pha chạm đất Trong đó ngắn mạch ba pha là nghiêmtrọng nhất Vì vậy thường người ta căn cứ vào dòng điện ngắn mạch ba pha đểlựa chọn các thiết bị điện

-Ta chia thành các điểm ngắn mạch như hình sau:

-Có tất cả 6 điểm ngắn mạch cần tính toán như trên hình vẽ.

-N0: Ngắn mạch tại thanh cái tủ phân phối

N1: Ngắn mạch tại thanh cái tủ động lực 1

N2: Ngắn mạch tại thanh cái tủ động lực 2

N3: Ngắn mạch tại thanh cái tủ động lực 3

N4: Ngắn mạch tại thanh cái tủ động lực 4

N5: Ngắn mạch tại một máy điện đại diện ở tủ động lực 2 (máy số 19)

Trong đó:

k1: hệ số phụ thuộc vào phương thức lắp đặt (dây đặt trong rãnh ngầm

k1= 0,95)

k2: hệ số phụ thuộc vào số lượng mạch cáp (k2 = 1)

k3: hệ số phụ thuộc nhiệt độ môi trường (k3 = 1)

Ta chọn dây 4 lõi đồng do CADIVI chế tạo, có F = 4mm2, Icp=30A,

Chọn máy cắt loại HVF do ABB chế tạo, có thông số bảng sau:

Loại Uđm, (kV) Iđm, (A) INmax, (kA) IN3s (kA)

Tính kiểm tra dòng ngắn mạch qua MC:

Bảng kiển tra máy cắt đã chọn:

Các đại lượng chọn và kiểm

Ta chọn dao cách ly 3DC của Siemens, có thông số kỹ thuật sau:

Loại DCL Uđm (kV) Iđm (A) Iđ.đm (kA) Inh.đm (kA)

Trị số dòng ngắn mạch xung kích:

ixk = 1,8.√2.IN = 1,8.√2.11,85 = 30,16 (A)

Kết quả kiểm tra dao cách ly:

Các đại lượng chọn và kiểm tra Kết quả

Kết quả kiểm tra cầu chảy:

Các đại lượng chọn và kiểm tra Kết quả

Điện áp định mức (kV) UđmCC = 24 ˃ UđmLĐ = 22

Dòng điện định mức (A) IđmCC = 40 ˃ Icb = 4,6

Dòng điện cắt định mức (kA) Ic.đm = 31,5 ˃ IN = 11,85

Công suất cắt định mức (MVA) Scđm =√ 3.24.31,5 >

Từ bảng kết quả ta thấy cầu chảy đã chọn thõa mãn các điều kiện về kỹ thuật

3.3.4: Chọn chống sét van(CSV)

Chống sét van đặt trong TBA, Chọn dùng chống sét van do Siemens chếtạo

có các thông số kỹ thuật cho ở bảng sau:

Loại Vật liệu Uđm, kV Dòng điện phóng

Điện áp định mức của mạng hạ áp phân xưởng: Uđm =380 V

Chọn aptomat nhánh bảo vệ tủ động lực 1 là: loại NS 225E do MerlinGerin chế tạo có UđmA=500 kV, IđmA=225 A, Icđm=7,5 kA

Tương tự đối với các tủ còn lại, ta có bảng kết quả chon aptomat sau:

Nhánh Aptomat Loại Itt, A Uđm, V IđmA, A Icđm, U

 Phương pháp lựa chọn cầu chì, cầu dao

Lựa chọn cầu dao theo điều kiện:

α = 2,5 : với động cơ mở máy nhẹ(không tải)

Cầu chì tổng bảo vệ cho nhóm động cơ được chọn phải thỏa mãn điều kiện:

Immmax : dòng điện mở máy lớn nhất của động cơ có trongnhóm.

ksd, Iđm, ứng với động cơ có Immmax

 Chọn cầu chì cho tủ động lực 1(TĐL1)

Hình 4.2:Sơ đồ tủ động lực 1

- Cầu chì bảo vệ cần cẩu 10T (số 19 trên sơ đồ mặt bằng) 22kW

Dòng điện tính toán chạy qua cầu chì:

I đm , A I mm , A I mm

α , A Loại cầu

chì

I vỏ /I dc , A

Chọn loại cầu chì ПН-2, có I vỏ = 300A, I đm =200A

Tương tự đối với các tủ động lực còn lại ta có bảng kết quả:

 Chọn thanh cái cho tủ phân phối

Dòng điện tính toán chạy qua thanh cái:

Itt = 265,96 (A)

Chọn theo điều kiện dòng điện phát nóng cho phép:

Trong đó: k1 - Hệ số hiệu chỉnh thanh dẫn đặt đứng k1 = 0,95

k2 - Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường (lấy k2=1 ở

300C)

Icp - Dòng diện cho phép chạy qua thanh dẫn khi t = 250C Vậy chọn thanh dẫn bằng đồng hình chữ nhật, có sơn kích thước (F = 25x3)

mm2, tiết diện mỗi thanh là 75 mm2, mỗi pha đặt một thanh với Icp = 340A (bảng

PL VI.9 Ngô Hồng Quang)

- Kiểm tra ổn định động: σcp≥σtt

Khi ngắn mạch, các lực điện động có thể phá hỏng thanh cái nên cầnkiểm tra điều kiện ổn định động:

Thanh cái làm bằng đồng nên σcp=1400 kG /cm2

Mô men uốn tính toán:

Mô men chống uốn:

l - chiều dài của thanh dẫn, lấy l = 125 cm;

a - khoảng cách giữa các pha, lấy a = 60 cm;

σ tt ,σ cp - ứng suất tính toán và ứng suất cho phép của thanh dẫn, kG/cm2;

b=3cm - bề rộng tiết diện thanh dẫn.

h=0,4cm- bề ngang tiết diện thanh dẫn.

- Kiểm tra ổn định nhiệt thanh dẫn:

Kết quả kiểm tra thanh cái ghi trong bảng sau:

Các đại lượng chọn và kiểm tra Kết quả

Dòng phát nóng lâu dài cho phép

Vậy dùng thanh cái đồng đặt ngang 25x3 mm2 là thỏa mãn

Tính toán tương tự như trên ta có bảng chọn thanh cái cho các tủ động lực:

l - chiều dài của thanh dẫn, lấy l = 125 cm;

a - khoảng cách giữa các pha, lấy a = 60 cm;

k hc =h ' /h - hệ số hiệu chỉnh lực phá hủy cho phép;

Hệ số hiệu chỉnh:

khc =h’/h =17,5/15=1,17

h , h ' - chiều cao sứ và chiều cao từ chân sứ đến tâm thanh dẫn đặt đứng, cm;

Hình : Thanh dẫn đặt trên sứ

→

- Lực cho phép trên đầu sứ là:

Bảng kiểm tra sứ cách điện

Điện áp định mức (kV) Uđm sứ =1˃ Uđm mạng =0,38

Lực cho phép tác dụng lên đầu sứ (kG) Fcp =225 > F’tt =11,54

Vậy sứ đã chọn đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật

3.4.5 Chọn khởi động từ cho động cơ

Khởi động từ là công tắc tơ cộng với rơle nhiệt, việc lựa chọn khởi động từ chính

là việc chọn công tắc tơ và chọn rơle nhiệt

Công tắc tơ là khí cụ điện dùng để đóng cắt tự động mạch điện, rơle nhiệt dùng chủ yếu chống quá tải cho động cơ điện

Các điều kiện chọn và kiểm tra khởi động từ

1 Điện áp cách điện của công tắc tơ UđmCĐ≥UđmLĐ

2 Điện áp cuộn dây để đóng mở công tắc tơ Uđmcd=Uđk

3 Dòng điện định mức của công tắc tơ IđmCT>Icb

4 Công suất định mức động cơ 3 pha P đmCT ≥P đm đ /c

7 Dòng điện định mức của rơle nhiệt IđmRN=Iđm đ /c