đồ án cung cấp điện trong hệ thống điện

THIẾT KẾ CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN **Mục đích của việc xác định phụ tải tính toán Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải thực tế về mặt

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, với 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 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

Với đồ án: “Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho một xí nghiệp công nghiệp”, sau một thời gian làm đồ án, dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Phúc Huy, 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 Nguyễn Phúc Huy đã giúp em hoàn thành đồ án này

Hà Nội, ngày 29 tháng 5 năm 2011

Sinh viênNguyễn Minh Thu Thủy

ĐỒ ÁN CUNG CẤP

ĐỒ ÁN 2

THIẾT KẾ CẤP ĐIỆN CHO MỘT XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIỆP

A DỮ KIỆN

Thiết kế cấp điện cho một xí nghiệp công nghiệp gồm có các phân

xưởng với các dữ kiện tra theo họ tên người thiết kế

Họ tên: Nguyễn Minh Thu Thủy tra theo bảng ta có:

- Công suất ngắn mạch tại điểm đấu điện: Sk = 250 MVA;

- Khoảng cách từ điểm đấu điện đến nhà máy: L = 284,45 m;

- Hướng tới của nguồn: Đông Nam;

- Cấp điện truyền tải là 110 kV;

- Thời gian sử dụng công suất cực đại: TM = 5400h;

- Phụ tải loại I và loại II chiếm kI&II = 75 %;

- Giá thành tổn thất điện năng: c∆ = 1000 đ/kWh;

- Suất thiệt hại do mất điện: gth = 7500 đ/kWh;

- Hao tổn điện áp cho phép tính từ nguồn (điểm đấu điện) là ∆Ucp =5%

- Nhà máy 5: Nhà máy sửa chữa thiết bị

Phụ tải của nhà máy sửa chữa thiết bị

Tổng công suất đặt, kW

Hệ số nhu cầu,

knc

Hệ số công suất, cosφ

Tỷ lệ 1: 5000

- Số hiệu 2, phương án B

Phân xưởng cơ khí – sửa chữa

Phụ tải của các phân xưởng cơ khí – sửa chữa:

25; 26; 27 Máy tiện ren 0,53 0,69 7,5+ 12+ 12

7

5 6

10

8 9

18

19

16 17 15

23

24 30 31 33

Van phòng

Sơ đồ mặt bằng phân xưởng cơ khí – sửa chữa

B THIẾT KẾ

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN

**Mục đích của việc xác định phụ tải tính toán

Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải thực tế về mặt hiệu quả phát nhiệt hoặc mức độ hủy hoại cách điện.Nói cách khác, phụ tải tính toán cũng đốt nóng thiết bị lên tới nhiệt độ tương tự như phụ tải thực tế gây ra, vì vậy chọn thiết bị theo phụ tải tính toán sẽ đảm bảo an toàn cho thiết bị về mặt phát nóng

Phụ tải tính toán được sử dụng để chọn lựa và kiểm tra các thiết bị trong HTĐ như: máy biến áp, dây dẫn, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ… tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng, tổn thất điện áp; lựa chọn dung lượng bù công suất phản kháng… Phụ tải tính toán phụ thuộc vào các yếu tố như: công suất,số lượng các máy,chế độ vận hành của chúng, quy trình công nghệ sản xuất, trình độ vận hành của công nhân Vì vậy xác định phụ tải tính toán là nhiệm vụ khó khăn nhưng rất quan trọng.Bởi vì nếu phụ tải tính toán được xác định nhỏ hơn phụ tải thực tế sẽ làm giảm tuổi thọ của thiết bị điện,

có khi dẫn đến cháy nổ rất nguy hiểm Nếu phụ tải tính toán lớn hơn phụ tải thực tế quá nhiều thì các thiết bị điện(đóng ngắt,máy biến áp…), và tiết diện dây dẫn sẽ phải làm lớn hơn so với yêu cầu do đó làm gia tăng vốn đầu tư, gây lãng phí

+)Các phương pháp xác định phụ tải tính toán

Do tính chất quan trọng của phụ tải tính toán nên đã có nhiều công trình nghiên cứu và có nhiều phương pháp tính toán phụ tải điện Song phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố nên chưa thể có phương pháp nào tính toán

tính toán thì lại thiếu độ chính xác,còn nếu nâng cao được độ chính xác,xét đến ảnh hưởng của nhiều yếu tố thì khối lượng tính toán lại rất lớn,phức tạp,thậm chí là không thực hiện được trong thực tế

Tùy thuộc đặc điểm của từng loại phụ tải có thể áp dụng những phương pháp sau:

1.1 Phụ tải tính toán chiếu sáng của phân xưởng

Trong thiết kế chiếu sáng, vấn đề quan trọng là đáp ứng yêu cầu về độ rọi và hiệu quả chiếu sáng 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 các chao chóp đèn, sự bố trí chiếu sáng vừa đảm bảo tính kỹ thuật và kinh tế, mỹ thuật.Thiết kế chiếu sáng phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Không bị lóa

- Không có bóng tối

- Phải có độ rọi đồng đều

- Phải tạo được ánh sáng giống ánh sáng ban ngày

Vì phụ tải chiếu sáng có tính chất phân bố tương đối đều và tỉ lệ với diện tích nên ta tính phụ tải chiếu sáng của phân xưởng sửa chữa theo suất phụ tải chiếu sáng của phân xưởng

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 của phân xưởng.

Trong xưởng sửa chữa cơ khí cần phải có hệ thống thông thoáng, làm mát nhằm giảm nhiệt độ trong phân xưởng do trong quá trình sản xuất các thiết bị động lực, chiếu sáng và nhiệt độ cơ thể người tỏa ra làm tăng nhiệt

độ phòng Nếu không được trang bị hệ thống thông thoáng và làm mát sẽ gây ảnh hưởng đến năng suất lao động, sản phẩm, trang thiết bị, ảnh hưởng đến sức khỏe công nhân làm việc trong nhà máy phân xưởng

Lưu lượng gió tươi cần cấp vào phân xưởng là:

Q = n.V = n.h.A = 6.5.864 = 25920 m3/h

=> chọn quạt có q = 4500 m3/h => chọn 6 quạt

Bảng 1: Thông số kỹ thuật của quạt hút công nghiệp

6 qh

ra từng nhóm nhỏ, đảm bảo:

- 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 độ làm việc;

- Công suất các nhóm xấp xỉ bằng nhau

Ta chia phân xưởng ra làm 4 nhóm nhỏ như sau:

2 i

i 1

2 i

i 1 tb1 10

4 dlj tbi

1.4 Phụ tải tổng hợp toàn phân xưởng.

- Công suất tác dụng toàn phân xưởng:

P1.12,96 0,8.1,4805 0,8465.192,8887

0,8558207,3292

1.5 Phụ tải tổng hợp toàn nhà máy

1.5.1 Xác định phụ tải tính toán của toàn phân xưởng.

+) Phân xưởng 1:

- Phụ tải động lực của phân xưởng 1:

cs1 cs1 dl1 dl1 tb1

tt1

cosφ

P1.182,25 0,65.180

0,8261362,25

Bảng 7: Phụ tải nhà máy sửa chữa thiết bị

kVAr cosφtbi.Ptti

6 Phân xưởng sửa chữa cơ khí 39.375 343.3750 0.6636 517.4624 387.1187 227.8550

1.5.2 Tính cho toàn nhà máy.

Phụ tải của nhà máy:

11 ttNM dt tti

1.6 Biểu đồ vòng tròn phụ tải toàn nhà máy

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 phụ tải chiếu sáng là phần hình quạt không được gạch chéo

- Với hệ số tỉ lệ lựa chọn kVA/mm2, m=3 ta có:

tti

360.Pα

P

=

- Góc của phụ tải chiếu sáng 1 trên bản đồ phụ tải:

cs1 cs1

Bảng 8: Số liệu tính toán cho các phân xưởng

kVA cosφtbi.Ptti Rpxi,mm αcs(độ) xGi yGi

Biểu đồ phụ tải của nhà máy:

1

438,5132

2 290,7163

3 322,7008

7 109,0415 145,3572 4

6 517,4624

9 47,193 10

219,2053

8 136,7464 11

CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY

2.1 Chọn cấp điên áp phân phối

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

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

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

Ta có bảng số liệu:

Bảng 9: Tọa độ của các phân xưởng

11 ttpxi i

=

=

∑11 ttpxi i

Chọn vị trí đặt tâm trạm phân phối trung tâm: M( 40, 40)

2.3 Chọn công suất và số lượng máy biến áp

2.3.1 Trạm phân phối trung tâm

Vì xí nghiệp có tỉ lệ phụ tải loại I & II là rất cao (75%) nên để cấp điện cho nhà máy, ta xây dựng đường dây trên không mạch kép sử dụng dây AC,

hạ ngầm ở hàng rào nhà máy Mạng điện cao áp trong nhà máy là mạng cáp ngầm đi từ điểm hạ ngầm tới gian phân phối trung áp trong nhà và tới các trạm biến áp phân xưởng

Trạm phân phối trung tâm gồm hai máy biến áp làm việc song song:

ttNM dmB

Ta chọn máy biến áp tiêu chuẩn là máy biến áp ba pha hai cuộn dây có

Đông Anh sản xuất tại Việt Nam ( không cần hiệu chỉnh nhiệt độ)

Kiểm tra lại dung lượng máy biến áp đã chọn theo điều kiện quá tải sự

cố với giả thiết các phụ tải trong nhà máy có 75% phụ tải loại I&II:

dmB

qtsc dmB

=> Vậy máy biến áp đã chọn đạt yêu cầu

2.3.2 Trạm biến áp phân xưởng

Lựa chọn số lượng trạm biến áp, chú ý:

- Mỗi một phân xưởng loại I&II được cấp từ 1 trạm biến áp có 2 máy biến áp;

- Các phụ tải loại III có thể được cấp bằng 1 trạm có 1 máy biến áp hoặc được cấp từ 1 trạm loại I&II ở gần;

- Giảm thiểu số trạm biến áp trong nhà máy;

- Các phân xưởng ở xa có thể được cấp điện từ trạm biến áp của phân xưởng gần

Ta lựa chọn số trạm biến áp như sau:

- Trạm biến áp 1: cấp điện cho phân xưởng 1;

- Trạm biến áp 2: cấp điện cho phân xưởng 2;

- Trạm biến áp 3: cấp điện cho phân xưởng 5, 11;

- Trạm biến áp 4: cấp điện cho phân xưởng 3, 7;

- Trạm biến áp 5: cấp điện cho phân xưởng 6, 9, 10;

- Trạm biến áp 6: cấp điện cho phân xưởng 4, 8;

+) Trạm biến áp 1:

- Vị trí đặt thuận lợi trạm biến áp 1 là gần tâm phân xưởng 1:

1 ttpxi i

=

=

∑1 ttpxi i

2.4 Lựa chọn phương án cấp điện trong phân xưởng

Việc lựa chọn các sơ đồ cung cấp ảnh hưởng rất lớn đến vấn đề kinh tế-

kỹ thuật của hệ thống điện Một sơ đồ cung cấp điện được gọi là hợp lý thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật sau:

- 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 của phụ tải

2.4.1 Sơ bộ chọn phương án :

Phương án 1: mỗi trạm biến áp được cấp từ một mạch đơn

1 438,5132

2 290,7163

3 322,7008 7

109,0415 145,3572 4

6 517,4624

9 47,193 10

219,2053

8 136,7464 11

140,8563

5 73,248

B1

B2

B3 B4

B5

B6 0

N

Tỷ lệ 1:5000

Phương án 2: Các trạm ở xa có thể đấu nối liên thông qua trạm ở gần.

1

438,5132

2 290,7163

3 322,7008

7 109,0415

4 145,3572

6 517,4624

9 47,193

10 219,2053

8 136,7464 11

140,8563

5 73,248

B1 B2

B4 B3

B5

B6

N 0

Tỷ lệ 1:5000

2.4.2 Tính toán lựa chọn phương án tối ưu

Theo bài ra thì khoảng cách từ điểm đấu điện đến nhà máy là L = 284,45 m và nhà máy nằm ở hướng Đông Nam 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 nên được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế

+) Lựa chọn dây từ điểm đấu về nhà máy theo hệ số Jkt ( A/mm2)

kt kt

- Kiểm tra về điều kiện sự cố một mạch:

Isc = 2.Ilv max = 2.59,0858 = 118,1716 A < Icp = 275 A => thoả mãn

- Tổn thất điện năng:

2 ttNM

- Hệ số khấu hao của đường dây: kkh = 3,5% = 0,035

- Hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn và khấu hao là:

kt kt

- Kiểm tra về điều kiện sự cố một mạch:

Isc = 2.Ilv max = 2.59,0858 = 118,1716 A < Icp = 140 A => thoả mãn

- Tổn thất điện năng:

2 ttNM

- Hệ số khấu hao của đường dây: kkh = 3,5% = 0,035

- Hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn và khấu hao là:

- Kiểm tra về điều kiện sự cố một mạch:

Isc = 2.k1.k2.Ilv max = 2.1.0,92.12,6588 = 23,2922 A< 105 A => thoả mãn

- Tổn thất điện năng:

2 ttpx1

- Hệ số khấu hao của đường dây: kkh = 3,5% = 0,035

- Hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn và khấu hao là:

Z0-1 = p.V0-1 + C0-1

= 0,1625.12,9532.106 + 0,2007.106 = 2,3056.106 đ

+) Các nhánh khác tính toán tương tự, ta có bảng số liệu sau:

Bảng 11: Kết quả tính chọn tiết diện dây dẫn theo phương án 1.

Đoạn kWP kVArQ kmLi n Ilv maxA A/mmJkt 2 mmFkt2 mmFch2 Ω/kmr0 Ω/kmx0 ΔUkV

Bảng 12: Kết quả tính toán kinh tế phương án 1.

2 Phương án 2

Tính toán tương tự phương án 1 ta có bảng số liệu sau:

Bảng 13: Kết quả tính chọn tiết diện dây dẫn theo phương án 2

Đoạn kWP kVArQ kmLi n Ilv maxA A/mmJkt 2 mmFkt2 mmFch2 Ω/kmr0 Ω/kmx0 ΔUkV

Bảng 14: Kết quả tính toán kinh tế phương án 2.

∆Umax 2 = ∆UN0 + max{∆Ui }

= 0,0302 + 0,0114 = 0,0416 kV

3 So sánh hai phương án

Cả hai phương án đều có tổn thất điện áp nằm trong khoảng cho phép Phương án 1 có tổn thất điện áp ít hơn

Bảng 15: Các chỉ tiêu kinh tế cơ bản của các phương án:

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ MẠNG ĐIỆN

3.1 Hao tổn điện áp trên đường dây và trong máy biến áp

Tổn thất điện áp lớn nhất trên đường dây của mạng là ∆Umax = 0,0404

kV

Tổn thất điện áp trong máy biến áp phân xưởng:

ttpxi Bi ttpxi Bi Bi

Trong đó

2 3

3.2 Tổn thất công suất và điện năng trong mạng

Tổng giá trị tổn thất trên đường dây mạng điện:

∆AĐD∑ = 17 519,6106 kWh

Tổn thất trên máy biến áp được tính theo công thức:

2 ttpxi

Ni SΔP

Tổng tổn thất điện năng trong toàn mạng:

∆A = ∆AĐD∑ + ∆AB∑

= 36747,7361+ 297535,9790= 334283,7151 kWhVậy ta có:

∆A = 334 283,7151 kWh

∆Umax = 0,0404 kV < 5% Udm = 5%.10 = 10,5 kV

CHƯƠNG 4: CHỌN VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ ĐIỆN

4.1 Tính toán ngắn mạch

Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là kiểm tra điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt của thiết bị và dây dẫn được chọn khi có dòng ngắn

N(1,1); N(1) Trong đó ngắn mạch 3 pha là nghiêm trọng nhất vì thế trong thực

tế ta thường căn cứ vào ngắn mạch 3 pha để lựa chọn thiết bị điện

Khi tính toán ngắn mạch phía cao áp của mạng điện xí nghiệp vì không biết cấu trúc cụ thể của hệ thống lưới điện quốc gia nên có thể cho phép tính gần đúng điện kháng của hệ thống lưới điện quốc gia theo công suất cắt của máy cắt đầu nguồn và coi hệ thống có công suất vô cùng lớn

- Điểm N1 tại thanh cái cao áp trạm phân phối trung tâm;

- Điểm N2 tại thanh cái cao áp trạm phân xưởng;

- Điểm N3 tại thanh cái hạ áp trạm phân xưởng

Có công suất ngắn mạch tại điểm đấu : Sk = 250 MVA

Điện kháng thay thế tính từ điểm đấu về:

( )2

Tổng trở của đoạn dây các ngầm đấu từ nhà máy đến trạm phân phối trung tâm:

Rc1 = r0.LN-0/2 = 0,74.0,498/2 = 0,1843 Ω

Xc1 = x0.LN-0/2 = 0,099.0,498/2 = 0,0247 ΩĐiện trở và điện kháng máy biến áp phân xưởng quy về cấp điện áp phía trung áp Udm tính theo công thức:

2 3

+) Điện trở và điện kháng các đoạn dây:

Bảng 19: Điện trở và điện kháng các đoạn dây

XΩ

(3) tb k3

4.2 Chọn và kiểm tra thiết bị bảo vệ và đo lường

Trong thực tế việc lựa chọn thiết bị điện không đúng sẽ gây ra hậu quả

nghiêm trọng bởi vì nếu thiết bị được chọn nhỏ quá so với yêu cầu thì sẽ gây

quá tải, giảm tuổi thọ thiết bị, làm hư hỏng công trình… còn nếu thiết bị

được chọn lớn quá sẽ gây ra một lượng lãng phí nguyên vật liệu; tăng vốn

đầu tư Vì vậy việc lựa chọn thiết bị là một công việc rất quan trọng khi thiết

kế một hệ thống cung cấp điện của các kỹ sư

4.2.1 Kiểm tra cáp trung thế đã chọn

**) Kiểm tra theo điều kiện ổn định nhiệt

+) Tuyến từ nhà máy đến trạm phân phối trung tâm:

Với: tcắt = tBV + tMC = 0,05 + 0,1 = 0,15 s

=> tqd = 0,15 + 0,05 = 0,2 sLại có: I∞ = IN1 = 10,5108 kA

Tiết diện cáp theo ổn định nhiệt:

Bảng 21: Kết quả tính toán chọn tiết diện dây dẫn

Vậy :

∆Umax = 0,0249 + 0,0024 =0,0489 kVTổng tổn thất điện năng trong toàn mạng:

∆A = ∆AĐD∑ + ∆AB∑

= 23047,3145+ 297535,9790= 320583,2935 kWh

4.2.2 Chọn và kiểm tra thiết bị chính của trạm phân phối trung tâm

+) Máy cắt trạm phân phối trung tâm Máy cắt là thiết bị dùng để đóng cắt dòng điện tải và cắt dòng điện ngắn mạch Máy cắt có buồng dập hồ quang nên khi hồ quang phát sinh