Đồ án thiết kế cung cấp điện cho xí nghiệp công nghiệp

Sinh viên thực hiện: Phạm Thanh Huyền.Lớp: Đ3H1 Tên đồ án: Thiết kế cung cấp điện cho nhà máy thiết bị điện Thời gian thực hiện: A.Dữ kiện: Thiết kế cung cấp điện cho một xí nghiệp côn

LỜI NÓI ĐẦU

Điện năng là một nguồn năng lượng được sử dụng rất rộng rãi trong các lĩnhvực hoạt động kinh tế và đời sống của con người Việc thiết kế hệ thống cung cấpđiện trong điều kiện kinh tế, kỹ thuật hiện đại,đặc trưng bởi tính cạnh tranh của cơ chếthị trường,sự áp dụng các thành tựu tiến bộ của khoa học kỹ thuật… cần phải đượcthực hiện trên nguyên tắc và phương pháp phù hợp Nó đòi hỏi người kỹ sư tính toán

và nghiên cứu sao cho đạt hiệu quả cao, hợp lý, tin cậy, và đảm bảo chất lượng cả

về kinh tế và kỹ thuật đặc biệt là đối với các xí nghiệp công nghiệp nói riêng và ngànhcông nghiệp cũng như các ngành kinh tế khác nói chung Bên cạnh việc xây dựng các nhà máy điện thì việc truyền tải và sử dụng điện năng tiết kiệm, hợp lí, đạt hiệu quả cao cũng hết sức quan trọng Nó góp phần vào sự phát triển của nghành điện và làm cho kinh tế nước ta phát triển.

Trong ngành điện thì thiết kế hệ thống cung cấp điện là một nội dung hết sức quan trọng khi xây dựng cơ sở sản xuất, đặc biệt là sản xuất công nghiệp.

Vì vậy khi sinh viên làm đồ án thiết kế hệ thống cung cấp điện là một cơ hội

để sinh viên làm quen với thực tế Trong phạm vi đồ án này trình bày về thiết kế cung cấp điện cho một phân xưởng sản xuất công nghiệp Đồ án này gồm 7 chương :

Chương 1 : Tính toán phụ tải điện

Chương 2: Xác định sơ đồ cấp điện của nhà máy

Chương 3: Tính toán chế độ mạng điện

Chương 4: Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị điện

Chương 5: Tính toán chọn tụ bù nâng cao hệ số công suất

Chương 6: Tính toán nối đất và chống sét

Chương 7: Dự toán công trình

Để thực hiện nội dung trên, đồ án phải sử lý các số liệu tính toán thiết kế vàlựa chọn các chỉ tiêu, đặc tính kĩ thuật, vạch các phương án và lựa chọn phương án tôi

Sinh viên thực hiện: Phạm Thanh Huyền.

Lớp: Đ3H1

Tên đồ án: Thiết kế cung cấp điện cho nhà máy thiết bị điện

Thời gian thực hiện:

A.Dữ kiện:

Thiết kế cung cấp điện cho một xí nghiệp công nghiệp gồm các phân xưởng với các dữ liệu cho trong bảng 2.1 Công suất ngắn mạch tại điểm đấu điện Sk, MVA, khoảngcách từ điểm đấu điện đến nhà máy làL, m Cấp điện áp truyền tải là 110kV Thời gian sửdụng công suất cực đại là TM, h Phụ tải loại I và loại II chiếm kI&II, % Giá thành tổn thất điện năng c∆=1000 d/kWh; suất thiệt hại do mất điện gth= 7500d/kWh; hao tổn điện áp cho phép trong mạng tính từ nguồn( điểm đấu điện) là ∆Ucp=5% Các số liệu khác lấy trong phụ lục và các sổ tay thiết kế điện

Bảng 2.1 Số liệu thiết kế cung cấp điện cho nhà máy thiết bị điện:

36 21

42 43

44 45

23

12

4 13

5 14

CHƯƠNG 1. TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN

1.1 Phụ tải tính toán chiếu sáng của phân xưởng (tra theo số hiệu đề bài cho)

Tính theo suất phụ tải chiếu sáng của phân xưởng

Pcs = p0 A =15.24.36=12960(kW)Trong đó:

p0 = 15 W/m2: suất chiếu sáng

A : diện tích phân xưởng (m2)

Vì dùng đèn sợi đốt nên hệ số công suất của nhóm chiếu sáng, cosϕ = 1

1.2 Phụ tải tính toán nhóm thông thoáng và làm mát

Lưu lượng gió tươi cần cấp vào xưởng là:

(m h)

V n

Q = =6.5.24.36=25920 3/

n – tỉ số đổi không khí (1/h)_ với phân xưởng cơ khí lấy n = 6 (1/h)

V – thể tích của phân xưởng (m3) V =a.b.h

với a (m), b (m), chiều rộng – dài phân xưởng (đo theo đề bài)

h=5(m) là– chiều cao của phân xưởng;

Từ Q sẽ chọn được loại quạt và số lượng tương ứng:

Vì Q = 25920 m3/h Nên ta chọn: 2quạt có q = 8500 m3/h; 2 quạt có q=2200 m3/h; 1quạt có q=4500 m3/h > 5 quạt

Bảng 1.1 : Thông số kỹ thuật của quạt hút công nghiệp

=1+ =0,834Phụ tải tính toán nhóm phụ tải thông thoáng-làm mát:

+)Các thiết bị trong 1 nhóm phải có vị trí gần nhau trên mặt bằng (điều này sẽthuận tiện cho việc đi dây tránh chồng chéo, giảm tổn thất ).

+)Các thiết bị trong nhóm nên có cùng chế độ làm việc (điều này sẽ thuận tiệncho việc tính toán và CCĐ sau này ví dụ nếu nhóm thiết bị có cùng chế độ làmviệc, tức có cùng đồ thị phụ tải vậy ta có thể tra chung được ksd, knc; cosϕ; vànếu chúng lại có cùng công suất nữa thì số thiết bị điện hiệu quả sẽ đúng bằng sôthiết bị thực tế và vì vậy việc xác định phụ tải cho các nhóm thiết bị này sẽ rất dễdàng.)

+) Các thiết bị trong các nhóm nên được phân bổ để tổng công suất của cácnhóm ít chênh lệch nhất (điều này nếu thực hiện được sẽ tạo ra tính đồng loạtcho các trang thiết bị CCĐ ví dụ trong phân xưởng chỉ tồn tại một loại tủ độnglực và như vậy thì nó sẽ kéo theo là các đường cáp CCĐ cho chúng cùng cáctrang thiết bị bảo vậy cũng sẽ được đồng loạt hoá, tạo điều kiện cho việc lắp đặtnhanh kể cả việc quản lý sửa chữa, thay thế và dự trữ sau này rất thuận lợi ).+)Ngoài ra số thiết bị trong cùng một nhóm cũng không nên quá nhiều vì số lộ racủa một tủ động lực cũng bị không chế (thông thường số lộ ra lớn nhất của các tủđộng lực được chế tạo sẵn cũng không quá 8) Tất nhiên điều này cũng không cónghĩa là số thiết bị trong mỗi nhóm không nên quá 8 thiết bị Vì 1 lộ ra từ tủđộng lực có thể chỉ đi đến 1 thiết bị, nhưng nó cũng có thể được kéo móc xíchđến vài thiết bị,(nhất là khi các thiết bị đó có công suất nhỏ và không yêu cầucao về độ tin cậy CCĐ ) Tuy nhiên khi số thiét bị của một nhóm quá nhiều cũng

600 0m m

360 00m m

34

Đồ án thiết kế cung cấp điện cho xí nghiệp công nghiệp

sẽ làm phức tạp hoá trong vận hành và làm giảm độ tin cậy CCĐ cho từng thiết

bị

+)Ngoài ra các thiết bị đôi khi còn được nhóm lại theo các yêu cầu riêng của

việc quản lý hành chính hoặc quản lý hoạch toán riêng biệt của từng bộ phận

trong phân xưởng

- Dựa theo nguyên tắc phân nhóm phụ tải điện đã nêu ở trên và căn cứ vào vị trí,

công suất thiết bị bố trí trên mặt bằng phân xưởng có thể chia các thiết bị trong

phân xưởng Sửa chữa cơ khí thành 4 nhóm phụ tải

Bảng 1.2.Nhóm phụ tải I

Bảng1.3

Nhóm phụ tải II

STT

Số hiệutrên sơ đồ Tên thiết bị

Hệ số ksd cosφ

Công suấtđặt P, kW

Công suấtđặt P, kW

9 16 Máy tiện bu lông 0.30 0.58 5.50

• Quá trình tính toán cho từng nhóm

a)Tính toán cho nhóm I:

n i i

P k P

- Số lượng hiệu dụng:

2

2 1

2 1

339,0139,0

1

=

−+

=

− Σ

hd

j sd

n k

- Tổng công suất phụ tải động lực:

)(29,56)5,48,22,23045,12,12213.(

69,0

1

kW P

k

i i j nc

=

=

- Hệ số công suất của phụ tải động lực:

1 tbj

P c P

- Công suất toàn phần: Sđlj =

) ( 68 , 94 59

, 0

29 , 56

2

S đlj− đlj = − =Bảng 1.6.Tổng hợp tính toán cho nhóm I

b) Tính toán phụ tải động lực cho các nhóm phụ tải khác.

Tính toán tương tự như nhóm 1, ta có bảng trình bày kết quả:

Bảng 1.7.Kết quả tính toán phụ tải động lực :

Các giá trị Nhóm I Nhóm II Nhóm III Nhóm IV

, 66 42 , 52 41 , 70 29 , 56

38 , 0 01 , 66 4 , 0 42 , 52 48 , 0 41 , 70 39 , 0 29 , 56

= +

+ +

+ +

k P k

- Hệ số nhu cầu: knc∑ = ksd∑ +

71 , 0 4

42 , 0 1 42 , 0

1

=

− +

71,0

1

j đlj nc

, 66 42 , 52 41 , 70 29 , 56

64 , 0 01 , 66 69 , 0 42 , 52 77 , 0 41 , 70 59 , 0 29 , 56 cos

.

= +

+ +

+ +

P

- Công suất toàn phần: Sttđl =

)(02,25668

,0

83,173

P

đl tb

.17302

2

2

Động lực 173.83 0.68 256.02

187.96

Hệ số công suất trung bình toàn phân xưởng:

703,071

,196,1283,173

8,0.71,11.96,1268,0.83,173

coscos

coscos

.cos

.

.

=+

+

++

=

++

++

tblm tlm

tbcs cs

đl tb đl

tt i

i i

P P P

P P

P P

2 ,

) ( 152 , 322 703

, 0

198 , 226

P S

,226152

1.5 Phụ tải tổng hợp toàn xí nghiệp.

1.5.1. Xác định phụ tải tính toán của từng phân xưởng:

- Phụ tải động lực của phân xưởng 1:

)(170500.34,0

k

P đli = nci đi = =

- Phụ tải chiếu sáng tính theo suất chiếu sáng đơn vị

) ( 25 , 419 10

27950 15

p

Trong đó Apxi là diện tích phân xưởng, tính toán được theo mặt bằng

- Phụ tải của phân xưởng 1:

)(25,58925,419

P P

P tti = đli+ csi = + =

- Hệ số công suất trung bình của phân xưởng i:

908 , 0 170

25 , 419

68 , 0 170 1 25 , 419

cos

+

=

đli csi

đli đli csi

csi tbi

P P

P

ϕϕ

- Công suất toàn phần của phân xưởng i:

)(183,649908

,0

25,589

P S

tbi

tti

ϕTính toán tương tự cho các phân xưởng khác ta có bảng kết quả sau:

Bảng 1.9.Tính toán phụ tải các phân xưởng

Tên phân xưởng

và phụ tải

số lượngthiết bịđiện

Tổng côngsuất đặt,kW

knc Cosφđl Pđli A Pcs Ptt Cosφtb Stt

Phân xưởng

Phân xưởng vật

liệu hàn 200 800 0.35 0.56 280 34125 511.875 791.875 0.84 937.77Phân xưởng

Kho thành phẩm 15 85 0.48 0.87 40.8 4025 60.375 101.175 0.95 106.77Kho phế liệu

1

kW P

k

i tti đt

=

lấy kđt = 0,85

811,0524,4220

362,4028

*coscos

n

i

tti tbi tbxn

P

P

ϕϕ

)(181,5202811

,0

524,4220

P S

,4220181

Mỗi phân xưởng có một biểu đồ phụ tải Tâm đường tròn biểu đồ phụ tải được đặt tại trọng tâm của phụ tải phân xưởng, tính gần đúng ta có thể coi như phụ tải của phân xưởng được phân bố đồng đều theo diện tích phân xưởng Vì vậy trọng tâm của phụ tải phân xưởng được xem như tâm hình học của phân xưởng.

- Vòng tròn phụ tải được chia làm 2 phần : Phần phụ tải động lực là phần hình quạt được gạch chéo, phần còn lại không gạch chéo là phần phụ tải chiếu sáng

Tính toán cho phân xưởng 1

- Bán kính vòng tròn phụ tải có thể được xác định theo công thức tính :

302,83

183,649

+ Rpxi : Bán kính vòng tròn biểu đồ phụ tải của phân xưởng thứ i , mm

+ Sttpx: Phụ tải tính toán của phân xưởng thứ i, kVA

+ m : Hệ số tỉ lệ lựa chọn kVA/mm2 chọn m = 3

Để thể hiện cơ cấu phụ tải trong vòng tròn phụ tải, người ta thường chia vòng tròn phụ tảitheo tỉ lệ giữa công suất chiếu sáng và động lực vì vậy ta có thể tính góc của phần công suất chiếu sáng theo công thức

- Góc của phụ tải chiếu sáng trên bản đồ chiếu sáng :

0

256,14589,25

csi

TTi

P P

Trong đó: αcsi : góc của phụ tải chiếu sáng phân xưởng i

Pcsi :Phụ tải chiếu sang của phân xưởng i

Ptti :Phụ tải tính toán của phân xưởng i (Ptti =Pđli + Pcsi)

Các phân xưởng khác tính tương tự ,

Bảng 1.10.Cơ cấu phân bố phụ tải toàn xí nghiệp:

STT Tên phân xưởng Ptt

(kW)

Stt(kVA)

Pcs(kW)

xG i(mm)

yGi(mm)

Rpxi(mm) αcs

(độ)

1 Phân xưởng trạm từ 589.25 649.18 419.2 65 55 8.30 256.14

2 Phân xưởng vật liệu

Phụ tải chiếu sáng Phụ tải động lực Rpxi

CHƯƠNG 2. XÁC ĐỊNH SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN CỦA XÍ NGHIỆP

Trước khi vạch ra các phương án cụ thể , phải lựa chọn cấp điện áp cho đường dâytruyền tải hợp lý Trong mạng phân phối phạm vi xí nghiệp sử dụng cấp điện áp theocông thức kinh nghiệm của Zalesski:

op

Trong đó: P là công suất tính toán của nhà máy (kW)

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

Việc lựa chọn các sơ đồ cung cấp ảnh hưởng rất lớn đến vấn đề kinh tế- kỹ thuậtcủa HTĐ Một sơ đồ cung cấp điện được gọi là hợp lý thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuậtsau:

- Đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật

- Đảm bảo các chỉ tiêu về kinh tế

- Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

- Thuận tiện và linh hoạt trong vận hành

- An toàn cho người vận hành và thiết bị

- Dễ dàng phát triển để đáp ứng nhu cầu tăng trưởng cảu phụ tải

Trong mạng phân phối phạm vi xí nghiệp, sử dụng cấp điện áp theo công thức kinh nghiệm của Zalesski:

(0,1 0,015 L) 4220,524.(0,1 0,015 247,56.10 3) 21,297(kV)

P

Trong đó: Uop [kV] – điện áp tối ưu của mạng điện;

P [kW] – công suất (tính toán) của xí nghiệp cần cấp điện;

L [km] – chiều dài của đường dây từ nguồn tới xí nghiệp

Vì Uop = 21,297 kV, ta chọn cấp điện áp cung cấp cho nhà máy là: 22kV

Để lựa chọn được vị trí tối ưu cho trạm biến áp cần thỏa mãn các quy tắc sau:

-Vị trí của trạm càng gần tâm phụ tải của khu vực được cung cấp điện càng tốt

- Vị trí của trạm phải đảm bảo đủ chỗ và thuận tiện cho các tuyến dây đưa điện đếntrạm cũng như các phát tuyến từ trạm đi ra, đồng thời phải đáp ứng được cho sự pháttriển tương lai.

- Vị trí của trạm được chọn phải phù hợp với quy hoạch của xí nghiệp và các vùng lâncận

- Vị trí của trạm phải đảm bảo các điều kiện khác như cảnh quan môi trường, có khảnăng điều chỉnh cải tạo thích hợp, đáp ứng được khi khẩn cấp v.v

- Vị trí của trạm được lựa chọn sao cho tổn thất trên đường dây là nhỏ nhất

Ta xác định tâm của phụ tải các nhóm:

Tọa độ trọng tâm của phụ tải xác định theo biểu thức:

1

1

N ttpxi i i

N ttpxi i

N ttpxi i

X,Y : tọa độ của tâm tải;

xi ,yi : tọa độ của phân xưởng i theo điểm tải đã chọn;

Si : công suất tính toán của phân xưởng i;

N : số phân xưởng có phụ tải điện trong nhà máy

A,Vị trí của trạm trung tâm

Bảng 2.1 Số liệu các giá trị phân xưởng:

7Phân xưởng vật liệu hàn 937.77 9.98 27 60 25319.9 56266.4

4Phân xưởng nhựa tổng hợp

plasmace

448298.1

7

Phân xưởng tiêu chuẩn 228.52 4.92 123 63 28107.8

9

14396.7

3Phân xưởng khí cụ điện 465.85 7.03 92 62 42858.1

56,48443,6155

8,298904

73,79443,6155

3,490765

1

1 0

1

1 0

s

x

s x

Trong đó : Sttpxi : phụ tải tính toán của phân xưởng i

xi,yi : toạ độ của phân xưởng i theo hệ trục đã chọn

N là : số phân xưởng có phụ tải điện trong nhà máy

B, Vị trí trạm biến áp phân xưởng

Các nhà máy thường sử dụng các loại máy biến áp phân xưởng:

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

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

- Các trạm biến áp dùng chung cho nhiều phân xưởng nên đặt gần tâm phụ tải, nhờvậy có thể đưa điện áp cao tới gần hộ tiêu thụ điện và rút ngắn khá nhiều chiều dàimạng phân phối cao áp của xí nghiệp cũng như mạng hạ áp phân xưởng, giảm chi phíkim loại làm dây dẫn và giảm tổn thất Cũng vì vậy nên dùng trạm độc lập, tuy nhiênvốn đầu tư xây dựng trạm sẽ bị gia tăng

- Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể có thể lựa chọn một trong các loại trạm biến áp đãnêu ở trên.Để đảm bảo an toàn cho người cũng như các thiết bị,mỹ quan công nghiệp

ở đây sử dụng loại trạm biến áp xây,đặt gần tâm phụ tải,gần các trục giao thông trongnội bộ nhà máy.Mặt khác cần tính đến khả năng phát triển và mở rộng sản xuất

Dựa vào những yêu cầu trên ta có thể bố trí các trạm biến áp trong xí nghiệp như sau:

Trạm biến áp B1 cấp điện cho phân xưởng số 2.

Trạm biến áp B2 cấp điện cho phân xưởng số 1

Trạm biến áp B3 cấp điện cho phân xưởng số 10

Trạm biến áp B4 cấp điện cho phân xưởng số 5

Trạm biến áp B5 cấp điện cho phân xưởng số 3

Trạm biến áp B6 cấp điện cho phân xưởng số 4,11,15,16,18

Trạm biến áp B7 cấp điện cho phân xưởng số 7,8

Trạm biến áp B8 cấp điện cho phân xưởng số 9,13,14,19,20

Trạm biến áp B9 cấp điện cho phân xưởng số 6,12,17

Trạm biến áp phân xưởng có thể đặt ở những vị trí sau:

+ Trạm đặt trong phân xưởng: giảm được tổn thất , chi phí xây dựng, tăng tuổi thọthiết bị, nhưng khó khăn trong vấn đề chống cháy nổ

+ Trạm đặt ngoài phân xưởng: tổn thất cao và chi phí xây dựng lớn, dễ dàng chốngcháy nổ

+ Trạm đặt kề phân xưởng: tổn thất và chi phí xây dựng không cao, đề phòng cháy

nổ dễ dàng

Từ những nhận xét trên, ta thấy xây dựng trạm biến áp phân xưởng ở kề bên phânxưởng là hợp lý nhất.Nhưng phần lớn các trạm biến áp chọn trên đều cấp điện cho từ

2 phân xưởng trở lên Nên vị trí các trạm biến áp được tính như sau:

Tính toán cho trạm biến áp B6:

3,13456

,8386,11164,7115,32252,228

142.56,83137.86,111145.64,71137.15,322123.52,228

1

++

++

++

++

,8386,11164,7115,32252,228

75.56,8315.86,11164,71.5015,322.2552,228.63

1

++

++

++

++

y

Tính toán tương tự ta có kết quả sau:

Bảng 2.2 phân bố vị trí của trạm biến áp như sau:

2.3 Chọn công suất và số lượng máy biến áp

2.3.1 Trạm phân phối trung tâm

Trạm phân phối trung tâm là loại trạm trong nhà sử dụng các tủ hợp bộ, cấp điện áp22kV từ đó cấp tới các tủ phân phối được đặt trong gian phân phối của trạm, từ đócấp tới các trạm biến áp phân xưởng

2.3.2 Trạm biến áp phân xưởng

Các trạm biến áp trên đều cấp điện chính cho các phân xưởng xếp loại I và II nên ta

đặt 2 máy biến áp trong mỗi trạm

Tính toán cho trạm biến áp B6:

Dung lượng :

Kiểm tra theo điều kiện sự cố:

81,3024

,1

56,8386,11152,2284

,1

&

scB

S S

(kVA)

So sánh 2 giá trị trên ta chọn 2 máy biến áp do ABB sản xuất công suất là 500kVATính toán tương tự cho các trạm biến áp còn lại (mỗi trạm biến áp đều đặt 2 máybiến áp làm việc song song do ABB sản xuất).Ta có bảng tổng kết sau:

Bảng 2.3 Công suất các trạm biến áp

Trạm biến áp Stt, (kVA ) Stt/2

(kVA ) S I&II/1,4

Sđmb(kVA ) B1 937.77 468.89 669.84 800

2.4 Lựa chọn dây dẫn từ nguồn đến trạm biến áp nhà máy

2.4.1 Lựa chọn dây từ nguồn tới xí nghiệp (theo hệ số Jkt (A/mm2))

Theo bài ra thì khoảng cách từ nguồn điện đến nhà máy là L = 247,56m và nhà máynằm ở hướng Tây Nam Chiều dài từ tường bao nhà máy tới trạm phân phối trung tâm làL’=375m(đo được trên bản đồ) Dây dẫn được chọn là dây nhôm lõi thép, lộ kép và được

đi trên không.Loại dây dẫn này dẫn điện rất tốt, lại đảm bảo được độ bền cơ học cao nênđược sử dụng rất rộng rãi trong thực tế

Với TM= 5400h và dùng loại dây AC nên tra bảng có jkt=1 (A/mm2)

Dòng điện chạy trên dây dẫn được xác định theo biểu thức: