đồ án cung cấp điện trong hệ thống điện

Chọn và kiểm tra thiết bị - Thiết bị phân phối cao áp: dao cách ly, cầu chảy… - Thiết bị phân phối hạ áp: tủ phân phối, thanh cái, sứ đỡ… 5.Tính toán chế độ xác lập của lưới điện 5.1.Xác

Lời Nói Đầu

===***===

Điện năng là nguồn năng lượng chính của các ngành công nghiệp, làđiều kiện quạn trọng để phát triển các đô thị và khu dân cư Đặc biệt hiệnnay theo thống kê sơ bộ điện năng tiêu thụ bởi các xí nghiêp chiếm tỉ lệ hơn70% điện năng sản xuất ra

Điều đó chứng tỏ việc thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy, xínghiệp là một bộ phận của hệ thống điện khu vực và quốc gia, nằm trong

hệ thống năng lượng chung phát triển theo quy luật của nền kinh tế quốcdân Một phương án cung cấp điện hợp lý là phải kết hợp một cách hoàihoà các yêu cầu về kinh tế, độ tin cậy cung cấp điện, độ an toàn cao, đồngthời phải đảm bảo tính liên tục cung cấp điện, tiện lợi cho việc vận hành,sửa chữa khi hỏng hóc và phải đảm bảo được chất lượng điện năng nằmtrong phạm vi cho phép Hơn nữa phải thuận lợi cho việc mở rộng và pháttriển trong tương lai

Để thiết kế được thì đòi hỏi người kĩ sư phải có tay nghề cao và kinhnghiệm thực tế, tầm hiểu biết sâu rộng vì thế thiết kế là một việc làm khó

Đồ án môn học chính là một bài kiểm tra khảo sát trình độ sinh viên vàgiúp cho sinh viện có vốn kiến thức nhất định cho công việc sau này

Trong quá trình làm đồ án, em xin chân thành cám ơn các thầy cô giáo,đặc biết cám ơn thầy giáo Trần Quang Khánh đã hướng dẫn tận tình giúp

đỡ em hoàn thành đồ án này

Sinh viênNguyễn Mạnh Trí

Đồ án 3: Thiết Kế Cung Cấp Điện Cho Một Phân

Xưởng Sản Xuất Công Nghiệp.

Phần A:Đề Bài

Thiết kế cung cấp điện cho một phân xưởng cơ khí(Phân xưởng N1) với các số liệu: Chiều cao nhà xưởng H= 3,8m, Tỉ lệ phụ tải điện loại I&II là 78%, Công suất ngắn mạch tại điểm đấu điện Sk =9,44 MVA, khoảng cách từ nguồn điện đến phân xưởng là L= 269m, hệ số công suất cần nâng lên cosφ2 = 0,92, thời gian sử dụng công suất cực đại TM =4480h, phương án lấy phụ tải là phương án A, điện trờ suất cùa đất là 247 Ω.m và điện trở của hệ thống nối đất tự nhiên Rtn = 216 Ω Tổng haotổn điện áp cho phép trong mạng điện hạ áp ∆Ucp =5%, hệ số chiết khấu i =10%, thời gian tồn tại dòng ngắn mạch tk = 5s, giá thành tổn thất điện năng C∆ =

1500đ/kWh, suất thiệt hại do mất điện gth =7500 đ/kWh Đơn giá tụ bù là 200.103 đ/kVAr, chi phí vận hành tụ bằng 2% vốn đầu tư, suất tổn thất trong tụ ∆Pb = 0,0025 kW/kVAr Giá điện trung bình g = 1500 đ/kWh, điện áp lưới phân phối là 22kV Các tham số khác lấy trong phụ lục và sổ tay thiết kế cung cấp điện

Phần B:Nội dung bản thuyết minh

I.Thuyết minh

1.Tính toán chiếu sáng cho phân xưởng

2.Tính toán phụ tải điện:

2.1.Phụ tải chiếu sáng

2.2.Phụ tải thông thoáng và làm mát

2.3.Phụ tải động lực: phân nhóm thiết bị, xác định phụ tải từng nhóm, tổng hợp phụ tải động lực

2.4 Tổng hợp phụ tải toàn phân xưởng

2.5 Nhận xét và đánh giá.

3.Xác định sơ đồ cấp điện của phân xưởng

3.1Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng

3.2Chọn công suất và số lượng máy biến áp

3.3Lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu

4.Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị của sơ đồ nối điện:

4.1 Tính toán ngắn mạch: tính toán ngắn mạch đối xứng và ngắn mạch không đối xứng

4.2 Chọn và kiểm tra thiết bị

- Thiết bị phân phối cao áp: dao cách ly, cầu chảy…

- Thiết bị phân phối hạ áp: tủ phân phối, thanh cái, sứ đỡ…

5.Tính toán chế độ xác lập của lưới điện

5.1.Xác định tổn hao điện áp trên đường dây và trong máy biến áp

5.2.Xác định tổn hao công suất

5.3.Xác định tổn hao điện năng

5.4.Nhận xét và đánh giá

6.Tính chọn tụ bù nâng cao hệ số hiệu suất

6.1.Xác định dung lượng bù cần thiết

6.2.Lựa chọn vị trí đặt tụ bù.

6.3.Đánh giá hiệu quả bù công suất phản kháng

6.4.Phân tích kinh tế-tài chính bù công suất phản kháng

42 43

44 45

23

12

4 13

5

14 15

ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN TS TRẦN QUANG KHÁNH

Phụ tải của các phân xưởng cơ khí –sửa chữa

Số hiệu trên sơ

16; 24; 25

Máy tiện bu

1,2; 2,8; 2,8;3; 7,5; 10; 13

CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG CHO PHÂN

XƯỞNG

Độ rọi yêu cầu của chiếu sáng phân xưởng chọn là Eyc =50 lux.Vì xưởng có máyđiện quay nên ta chọn bóng đèn sợi đốt với công suất 200W với quang thông F=3000 lumen

Chọn độ cao treo đèn h’=0,5m

Chiều cao mặt bằng làm việc h2=0,8m

Chiều cao tính toán h=H-h2 =3,8-0,8=3m

Tỉ số treo đèn:

' 0,5

0,143 ' 0,5 3

Vì j= 0.143<1/3 nên phương án treo đèn là hợp lý

Khoảng cách giữa các đèn trong chiếu sáng cho phân xưởng công nghiệp được xác định theo tỉ lệ L/h=1,5

Suy ra khoảng cách giữa các đèn là

L=1,5.h=1,5.3=4,5m

Diện tích của xưởng là (24m x36m) nên ta chọn khoảng cách giữa các đèn là Ld=4,5m , Ln=4 m

600 0

360 00

=4,8 Lấy hệ số phản xạ của trần là 0,5 và của tường là 0,3.Ta xác định được hệ số lợi

dung là kld=0,6.Lấy hệ số dự trữ là δdt = 1,2,hệ số hiệu dụng của đèn là η = 0,58

Suy ra tổng quang thông là

=49,66 > NMin= 48Vậy tổng số đèn cần lắp đặt sẽ là 54 bóng đèn, mỗi bóng công suất 200W, tổng công suất là 11 KW

Độ rọi thực tế ứng với 54 bóng đèn là:

E=

.

D SD dt

F N K

a b

η δ

=55,382 lux > Eyc

Hệ thống chiếu sáng đảm bảo yêu cầu Tuy nhiên ta cần thêm một số đèn thiết kế thêm cho phòng vệ sinh, và các đèn gắn trên các máy, mỗi máy 1 bóng 100W

CHƯƠNG 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 các phương pháp tính toán phụ tải điện sau :

- Phương pháp theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

- Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất

- Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải

- Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số cực đại

- Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao năng lượng cho

Trong phân xưởng cơ khí có 45 máy,2 phòng thay đồ, 2 phòng vê sinh

Hệ số cosϕ

của nhóm chiếu sáng bằng 1

Chiếu sáng cục bộ: Pcb = 49 100 = 4900 W

Tổng công suất chiếu sáng là: 11000 + 4900 = 15900 W = 15,9kW

2.2.Phụ tải thông thoáng và làm mát :

Căn cứ theo diện tích phân xưởng cơ khí trên, ta sẽ trang bị 24 quạt trần, mỗi quạt 120W và 10 quạt hút, mỗi quạt 80W,

Các quạt trần coi như có hệ số sử dụng bằng 1 , còn quạt hút ksd lấy bằng 0,7 Lấy hệ số công suất trung bình của nhóm là 0,8

2.3 Phụ tải động lực :

- Ta tiến hành phân nhóm các thiết bị có trong xưởng

+ Mỗi nhóm không nên có quá nhiều thiết bị

+ Các thiết bị trong nhóm được đặt gần nhau

+ Các thiết bị trong nhóm nên có có cùng chế độ làm việc

+ Tổng công suất đặt của mỗi nhóm xấp xỉ như nhau

( )

hq

2

2 2

i i

1 kn

∑

−

= 0,42 +

1 0, 42 1,91

−

= 0,84+ Tổng công suất tác dụng của nhóm phụ tải 1 là:

Ptt = knc ,∑Pni = 0,84,56,1 = 47,12 kW

+Hệ số công suất tác dụng của nhóm 1là :

cosφtb

ni i ni

Ptt = knc ,∑Pni = 0,84,56,1 = 47,12 kW

Qtt = Ptt, tgφtb = 47,1

1 0,6920,692

−

= 49,203 kVAr

Stt =

tt tb

Ký hiệu trên mặt bằn g

Công suất đặt P (kW)

Ký hiệu trên mặt bằng

Côn g suất đặt P (kW )

78,571

56,111

STT thiết bị Tên

Số lượn g

Ký hiệu trên mặt bằng

Công suất đặt P (kW)

Số lượn g

Ký hiệu trên mặt bằng

Công suất đặt P (kW)

nhd 2,878

ϕ

cos

Ký hiệu trên mặt bằng

Công suất đặt P (kW)

Stt ,

kVA

74,62

3Qtt

Ký hiệu trên mặt bằn g

Côn g suất đặt P (kW )

Máyépquay

b 0,636

Stt ,

kVA

58,916Qtt ,

kVA

r

45,449

+Bảng phụ tải tính toán của 6 nhóm :

knc Σ - hệ số nhu cầu tổng hợp của các nhóm thiết bị, được xác định theo biểuthức:

ϕϕ

∑

=

∑

+ Công suất phản kháng và biểu kiến của 6 nhóm là:

2.4 Tổng hợp phụ tải của phân xưởng:

+Công suất phụ tải toàn phân xưởng là:

XƯỞNG

3.1 Vị trí đặt trạm biến áp :

• Nơi lắp đặt trạm biến áp:

- Trạm biến áp có thể được xây dựng và lắp đặt ở ngoài trời hoặc ở trong nhà

tùy thuộc vào mục đích sử dụng

+ Trạm biến áp ngoài trời có các thiết bị phân phối phía cao áp được đặt ở ngoài trời có các thiết bị phân phối phía thứ cấp được đặt trong các tủ điện hoặc đặt trong nhà

+ Trạm biến áp trong nhà: toàn bộ thiết bị của trạm từ phía sơ cấp đến phía thứ cấp được đặt trong nhà với các tủ phân phối tương ứng

• Vị trí đặt trạm biến áp phải thỏa mãn các yêu cầu:

- Trạm biến áp cần được đặt ở gần tâm của phụ tải để có thể giảm tổn thất điệnnăng đến mức thấp nhất.

- Trạm biến áp nên đặt ở những nơi thuận tiện cho việc lắp đặt, vận hành ,thay thế và sửa chữa

- Vị trí đặt trạm biến áp phải thuận tiện cho việc thông thoáng làm mát, phòngchống cháy nổ, và phải đặt ở vị trí phù hợp sao cho không ảnh hưởng đến mỹquan môi trường

• Vì trong phân xưởng có nhiều máy móc, thiết bị nên ta nên lắp đặt và thiết

kế trạm biến áp ở ngoài phân xưởng để đàm bảo mỹ quan và chống bụi bặm

từ các thiết bị máy móc trong phân xưởng ảnh hưởng đến

3.2 Chọn công suất và số lượng máy biến áp :

3.2.1 Tổng quát:

Việc lựa chọn số lượng và công suất máy biến áp cần xét đến không chỉ

về kinh tế mà cả về tính liên tục và độ tin cậy cung cấp điện lời giải tối ưu

có thể nhận được bằng cách so sánh các phương án theo chi phí quy đổi :

Z = pV + c ∆ ∆ + A Y

Trong đó :

VBA - vốn đầu tư máy biến áp ; p - hệ số sử dụng tiêu chuẩn ;

Y- thiệt hại do mất điện, Y=gth.Ath=gth.Pth.tf

gth – đơn giá thiệt hại do mất điện(đ/kW), đối với xí nghiệp côngnghiệp có thể lấy gth=7500(đ/kW)

Ath - điện năng thiếu hụt trong năm, (kWh)

Pth - công suất thiếu hụt trong thời gian mất điện tf

tf - thời gian mất điện, đối với trạm biến áp trung gian tf =12 và vớitrạm tiêu thụ tf =24 h/năm

Sau đây ta tiến hành chọn số lượng và công suất máy biến áp cho phânxưởng.

3.2.2.Chọn công suất và số lượng máy biến áp

- Ta có các số liệu :

+Spx = 362,604kVA

+ c= 0,71

+Trong đó tỉ lệ phụ tải loại I và II chiếm 78%(m1+2=0,78)

+Thời gian sử dụng công suất cực đại TM = 4480h

+Giá thành tổn thất điện năng c∆=1500đ/kWh

+Suất thiệt hại do mất điện là gth=7500đ/kWh

- Căn cứ vào số liệu cho trước và số liệu tính toán ta đề ra 2 phương án :

Phương án 1 : Chọn một máy biến áp công suất 320kVA.

Phương án 2 : Chọn hai máy biến áp công suất 2x180kVA.

Thông số máy biến áp được tính như sau : (n-số máy biến áp làm việc song song)

− Điện trở:

RB=( ∆Pk

2 cdm

U)/n

2 dm

SΩ

− Điện kháng:

2

k cdm B

dm

U %.U

X = n.100.S

− Tổn thất công suất không tải:

0

S

=n.(∆P0+j∆Q0)

Các tham số máy biến áp như sau(do hãng ABB sản xuất) :

SBA(kVA) ∆Po(kW) ∆Pk(kW) Uk% Vốn đầu tư

106 VNĐ

• So sánh 2 phương án theo hệ số quá tải:

Phương án 1: Một máy biến áp công suất 320Kva.

Hệ số quá tải của máy biến áp là:

Do đó đảm bảo yêu cầu để ra

Phương án 2: khi có sự cố xảy ra ở 1 trong hai máy biến áp, máy còn

lại sẽ phải gánh toàn bộ phụ tải loại I và II của phân xưởng

Phụ tải trong thời gian sự cố 1 máy biến áp bao gồm phụ tải loại I và loại II

Ssc = Spx .m1+2 = 362,604.0,78 = 285,171 ( kVA )

Hệ số quá tải của máy biến áp là:

Như vậy máy biến áp không thể làm việc quá tải khi xảy ra sự cố, bởi vậy để đảm bảo an toàn cho máy khi có sự cố 1 trong 2 máy biến áp, ta cần giảm đi 10% phụ tải loại II để giảm tỉ lệ phụ tải I và II xuống còn 68% Khiđó:

Hệ số quá tải của máy biến áp lúc này là:

Do vậy đảm bảo yêu cầu đề ra

• So sánh 2 phương án theo chi phí quy đổi:

Z = pV + C + Yth (đ/năm )C: thành phần chi phí do tổn thất C = ∆A.c∆

Với c∆ : giá thành tổn thất điện năng

- Hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn đầu tư:

Th là tuổi thọ của trạm biến áp lấy bằng 25 năm

Hệ số khấu hao của trạm biến áp thể lấy bằng 6 % (tra bảng)

Do đó : pBA = atc + kkh = 0,127 + 0,06 = 0,187

Tổn thất điện năng trong các máy biến áp xác định theo biểu thức :

Trong đó : n là số máy biến áp

Phương án 1: khi mất điện ở phương án 1 thì công suất thiếu hụt sẽ chính

là công suất của phụ tải loại I và II

Thiệt hại do mất điện là:

Tổn thất điện năng ở phương án 1 là:

Chi phí bù tổn thất điện năng của phương án 1 là:

Chi phí quy đổi của phương án 1 là:

Phương án 2 : khi mất điện công suất thiếu hụt sẽ là 10% công suất phụ

tải loại II do đó:

Thiệt hại do mất điện là

Tổn thất điện năng của phương án 2 là:

Chi phí bù tổn thất phương án 2 là:

Từ đó chi phí quy đổi phương án 2 là :

Theo kết quả tính toán chi phí quy đổi ở 2 phương án, ta chọn phương án 2

là phương án tối ưu hơn, đó là lắp đặt 2 máy biến áp 180kVA song song

3.3 Chọn sơ đồ nối điện tối ưu :

Ta chọn sơ bộ 2 phương án :

• Phương án 1: Đặt tủ phân phối ở sát tường bên ngoài phân xưởng, liền kề

TBA

TÐL2 TĐL5

TPP

TĐL1 TĐL6

Trạm biến áp

• Phương án 2: Đặt tủ phân phối tại góc xưởng sau đó kéo dây đến các tủ

phân phối và cũng đặt liền kề TBA

3.3.1 Phương án 1:

Tủ phân phối được đặt ở sát tường bên ngoài phân xưởng ,các dây cho

đi sát bên tường của phân xưởng, tủ động lực và chiếu sáng được treo trên tường phân xưởng và đặt tại trung tâm của nhóm phụ tải

Sơ đồ thiết kế tủ phân phối và các tủ động lực của phương án 1.

• Chọn dây dẫn từ nguồn cho đến trạm biến áp là dây AC, đường dây kép Tiết diện dây dẫn ta chọn theo mật độ kinh tế với số liệu

Tmax=4480h , Jkt=1,1A/mm2

+ Khi đó dòng điện chạy trên đường dây là:

+ Tiết diện dây dẫn cần dùng là:

+Tổn thất điện năng với :

+Chi phí tổn thất điện năng với c∆=1500đ/kWh khi đó sẽ là:

+Vốn đầu tư cho đoạn dây :

+Coi tuổi thọ đường dây là Th=25 năm ,atc=0,11 và kkh=0,04

Vậy chi phí quy đổi của của lưới cao áp là :

• Từ TBA đến TPP do đặt cạnh nhau, nên ta dùng một đoạn dây cáp ngắn, ta chọn cáp XLPE-185 r0=0,099, x0=0,059 và có

v0=1710.106đồng/km

• Chọn dây dẫn từ TPP đến các tủ động lực đểu là loại cáp đồng 3 pha

và được lắp đặt trong rãnh Tiết diện dây dẫn được lữa chọn theo mật

độ kinh tế Tmax=4480 và Jkt=3,1

a) Tủ động lực 1:

+Chiều dài dây dẫn từ TPP đến TĐL1 là L= 25m

Khi đó dòng điện chạy trên đường dây là:

+Tiết diện dây dẫn cần là :

+Vậy từ đó ta chọn cáp XLPE-35 r0=0,52Ω/km; x0=0,064Ω/km và có

v0=124,8.106 đồng/km

- Xác định tổn hao thực tế với chiều dài từ TPP đến động lực 1

+Tổn thất điện áp :

+Tổn thất điện năng với :

+Chi phí tổn thất điện năng với c∆=1500đ/kWh khi đó sẽ là:

+Vốn đầu tư cho đoạn dây :

+Coi tuổi thọ đường dây là Th=25 năm ,atc=0,11 và kkh=0,05

Vậy chi phí quy đổi của nhóm 1là :

Tương tự cho các tủ động lực khác,ta có:

TĐL5 44,45 59,941 74,62

113,5

1 36,62 50 0,05 0,37 0,063TPP-

10 6

đ/km 10 6 đ

10^6đ/nă m

TĐL6

Sơ đồ thiết kế tủ phân phối và các tủ động lực của phương án 2

Phương án 2, ta cũng thiết kế đi dây từ nguồn đến TBA giống như phương án 1

Tủ phân phối và TBA được đặt ở góc phân xưởng và đặt sát nhau Tuy nhiên, khoảng cách từ tủ phân phối đến các tủ động lực khác phương án 1

Ω/k m

TPP-TĐL1 47,1 49,19 68,1

103,5

9 33,42 35 0,02 0,52 0,064TPP-

TĐL2 59,67 62,97 86,75

131,9

6 42,57 50 0,04 0,37 0,063TPP-

TĐL3 37,46 45,88 59,23

90,09

7 29,06 35 0,06 0,52 0,064TPP

Trạm biến áp

3.3.3 So sánh chọn phương án tối ưu:

Hao tổn điện áp cho phép là : ∆Ucp= 19V

ΔUmax < ΔUcp tức là mạng điện đảm bảo yêu cầu về chất lượng

Bảng so sánh 2 phương án :

Các chỉ tiêu trên chưaxét đến tổn thất từNguồn đến TBA và từTBA đến TPP

Từ bảng trên ta có nhận xét như sau :

-Về chỉ tiêu kĩ thuật : cả

2 phương án đều đạtyêu cầu do có

∆Umax<∆Ucp

-Về chỉ tiêu kinh tế : ta nhận thấy rõ ràng phương án 2 có tổng chi phí quy đổi nhỏhơn phương án 1, tuy rằng không lớn hơn nhiều, tuy nhiên cà chỉ tiêu về kĩ thuật

và kinh tế của phương án 2 đều tốt hơn phương án 1 Do đó ta chọn phương án 2 làphương án tối ưu

Bảng tính toán phương án 2 từ TĐL 1 đến các phụ tải trong nhóm 1