Đồ án thiết kế cung cấp điện cho một ph p luận văn, đồ án, đề tài tốt nghiệp

Thiết kế mạng điện cung cấp cho một phân xưởng với số liệu cho trong bảng số liệu thiết kế cấp điện phân xưởng. Tỷ lệ phụ tải điện loại I là 70%. Hao tổn điện áp cho phép trong mạng điện hạ áp Ucp = 3,5%. Hệ số công suất cần nâng lên là cos = 0,90. Hệ số chiết khấu i = 12%; Công suất ngắn mạch tại điểm đấu điện Sk, MVA; Thời gian tồn tại của dòng ngắn mạch tk=2,5. Giá thành tổn thất điện năng c=1500 đkWh; suất thiệt hại do mất điện gth=8000 đkWh. Đơn giá tụ bù là 110.103 đkVAr, chi phí vận hành tụ bằng 2% vốn đầu tư, suất tổn thất trong tụ ∆Pb=0,0025 kWkVAr. Giá điện trung bình g=1250 đkWh. Điện áp lưới phân phối là 22 kV.

LOI MO ĐẦU Hiện nay nên kinh tế nước ta đang trên đà tăng trưởng mạnh mẽ theo đường lỗi công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước , vì vậy nhu cầu sử dụng điện trong lĩnh vực công nghiệp ngày một tăng cao Hàng loạt khu chế xuất , khu công nghiệp cũng như các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp được hình thành và đi vào hoạt động Từ thực tế đó , việc thiết kế cung cấp điện là một việc vô cùng quan trọng và là một trong những việc đầu tiên cần phải làm

Việc thiết kế một hệ thống cung cấp điện là không đơn giản vì nó đòi hồi người thiết

kế phải có kiến thức tổng hợp về nhiều chuyên ngành khác nhau như cung cấp điện , thiết bị điện , an toàn điện , Ngoài ra còn phải có sự hiểu biết nhất định về những lĩnh vực liên quan như xã hội , môi trường, về các đối tượng sử dụng điện và mục đích kinh doanh của họ Vì vậy đỗ án môn học Cung cấp điện là bước khởi dau giúp cho sinh viên ngành Hệ thống điện hiểu được một cách tổng quát những công việc phải làm trong việc thiết kế một hệ thống cung cấp điện và về chuyên ngành Cung cấp điện

Mặc dù kiến thức còn nhiều hạn chế nhưng em cũng đã cô gắng để hoàn thành tốt

đỗ án môn học nay Em rat mong sẽ nhận được nhiều lời góp ý của các thầy cô để đồ

án của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy PHẠM Mạnh Hải đã giúp

đỡ em thoàn thành bản đồ án môn hoc nay

Hà Nội, Ngày 24 Tháng 4 Năm 2014

BÀI TOÁN THIẾT KẾ

Thiét kế cung câp điện

"Thiết kế cung cấp điện cho một phân xưởng sản xuất công nghiệp"

A.Dữ kiện

Thiết kế mạng điện cung cấp cho một phân xưởng với số liệu cho trong bảng số liệu thiết kế cấp điện phân xưởng Tỷ lệ phụ tải điện loại I là 70% Hao tổn điện

áp cho phép trong mạng điện hạ áp AU„ = 3.5% Hệ số công suất cần nâng lên

là cos¿ = 0.90 Hệ số chiết khẩu ¡¿ = 12%; Công suất ngắn mạch tại điểm đấu điện

S,,MVA; Thời gian tổn tại của dòng ngắn mạch ¢, = 2.5 Giá thành tổn thất điện

nang ca = 1500d/kWh.; Suat thiét hai do mat dién g,, = 8000d/kWh Đơn giá tụ bù 1a 110.108 đ/kVAr, chỉ phí vận hành tụ bằng 2% vốn đầu tư, suất tốn thất trong tụ

AP, = 0.0025 kW/kVAr Giá điện trung bình g = 1250đ/kWh Điện áp lưới phân phối

Sô hiệu trên Tên thiệt bị Hệ sô | cos ¿ Công suất đặt

I Tính toán phụ tải điện

11 Tính toán phụ tải chiếu sáng -

12 Tính toán phụ tải động lực - «-

1.2.1 Phânchianhóm thiếtbj| -

1.2.2 Xác định phụ tải tính toán cho các nhóm phụ tải động lực:

1.2.3 Phụ tải tính toán tổnghợp

2_ Xác định sơ đồ cấp điện 2.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp cho phânxưởng

2.2_ Chọn số lượng và công suất máy biếnáp

2.2.1 Chọnsố lượngmáybiếnáp .-

2.2.2 Chọn công suấtmáy biếnáp -

2.3 Xác định tâm các nhóm phụ tải của phânxưởng

2.4 Lựa chọn sơ đỗ nồi điện tốiưu -

2.41 Nguyên tắcchung -Ặ ẶẶ ẶẶ So 2.4.2 Chọn dạng sơ đồ nối điện cho phân xưởng

2.4.3 Lựa chọn dây dẫn đến trạm biến áp củaxưởng

2.4.4 Lựa chọn dây dẫn và đi dây trong phân xưởng

2.4.5 Tổng kết và lựa chọn phương án tốiưu

3 Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị trong sơ đồ nỗi điện của phân xưởng 3.1 Tính toán chế độ ngắn mạch cho phân xưởng

3.11 Tínhngắn mạch cho phíacaoáp .-

3.1.2 Tính ngắn mạch cho 1 nhánh dai dién phiahadp

3.1.3 Tính ngắn mạch cho toàn bộ phân xưởng

10

14

16

16

16

16

17

18

20

20

20

23

25 38

3.2.1 Chọn thiết bị bảo vệ phíacaoáp 47 3.2.2 Chọnthiếtbjphíahaáp .- 50

4.1 Khái quátchung Ặ Ặ Q HQ Q SH HQ V2 57 4.2_ Các biện pháp nâng cao hệ số công suất 58 4.21 Biệnpháptựnhin Ặ.ẶẶ.Ặ.Ự 58 4.2.2 Bùcôngsuấtphảnkháng 58 4.3 Tính toán bù công suất phẩn kháng 60 4.3.1 Xác định dunglượng bù .‹ 60 4.3.2 Đánh giá hiệu quả về mặt kinh tế của bù công suất phẳn kháng 63

Tinh toan phu tai dién

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 huỷ hoại cách điện

Phụ tải tính toán phụ thuộc vào các yêu tô như: công suất, số lượng, chế độ làm việc của các thiết bị điện, trình độ và phương thức vận hành hệ thống Vì vậy xác định chính xác phụ tải tính toán là một nhiệm vụ khó khăn nhưng rất quan trọng

Từ trước tới nay đã có nhiều công trình nghiên cứu và có nhiều phương pháp tính toán phụ tải điện Song vì phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đã trình bày

ở trên nên cho đến nay vẫn chưa có phương pháp nào hoàn toàn chính xác và tiện lợi Những phương pháp đơn giản thuận tiện cho việc tính toán thì lại thiếu chính xác, còn nếu nâng cao được độ chính xác, kể đến ảnh hưởng của nhiều yếu tố thì phương pháp tính lại phức tạp

Sau đây là một số phương pháp tính toán phụ tải thường dùng nhất trong thiết

kế hệ thống cung cấp điện:

e Phương pháp tính theo hệ số nhu cầu

e Phương pháp tính theo hệ số k„; và công suất trung bình

e Phương pháp tính theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm

e Phương pháp tính theo suất phụ tải trên đơn vị diện tích sản xuất

Trong thực tế tuỳ theo quy mô và đặc điểm của công trình, tuỳ theo giai đoạn thiết kế sơ bộ hay kỹ thuật thi công mà chọn phương pháp tính toán phụ tải điện thích hợp.

1.1 Tính toán phụ tải chiêu sáng

Phụ tải chiếu sáng của phân xưởng cơ khí sửa chữa được xác định theo phương

pháp suất chiều sáng trên một đơn vị diện tích:

Trong đó:

P; là suất chiều sáng trên 1 đơn vị diện tích chiêu sáng, f› = 15 W/m2

S là diện tích được chiếu sáng, m2

a là chiều dài của phân xưởng, m

b là chiều rộng của phân xưởng, m

=> Phu tai chiéu sang của phân xưởng cơ khí sửa chữa là:

_ 15.24.36

cs 193 = 12, 96(kKW)

Ở trong trường hợp này ta dùng đèn sợi đốt để thắp sáng nên cos ¿ = 1

Qes = 0(kVar)

1.2 Tinh toan phu tai dong luc

1.2.1 Phân chia nhóm thiết bị

Trong một phân xưởng thường có nhiều thiết bị có công suất và chế độ làm việc khác nhau, muốn xác định phụ tải tính toán được chính xác cần phải phân nhóm thiết bị điện Việc phân nhóm phụ tải tuân theo các nguyên tắc sau:

e Các thiết bị điện trong cùng một nhóm nên ở gần nhau để giảm chiều dài đường dây hạ áp Nhờ vậy có thể tiết kiệm được vốn đầu tư và tổn thất trên

đường dây hạ áp trong phân xưởng

e Chế độ làm việc của các thiết bị điện trong nhóm nên giống nhau để xác định phụ tải tính toán được chính xác hơn và thuận tiện trong việc lựa chọn phương thức cung cấp điện cho nhóm

e Tổng công suất của các nhóm thiết bị nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại tủ động lực cần dùng trong phân xưởng và trong toàn nhà máy Số thiết bị trong một nhóm cũng không nên quá nhiều để dễ dàng cho việc điều khiển và vận hành

Tuy nhiên thường rất khó khăn để thỏa mãn cả 3 điều kiện trên, vì vậy khi thiết kế phải tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của phụ tải để lựa chọn phương án tôi ưu nhất trong các phương án có thể

Dựa vào nguyên tắc phân nhóm ở trên và căn cứ vào vị trí, công suất của các thiết

bị được bồ trí trên mặt bằng phân xưởng, ta có thể chia các phụ tải thành 5 nhóm

Kết quả phân nhóm phụ tải được trình bày ở bắng sau :

1.2.2 Xác đỉnh phụ tải tính toán cho các nhóm phụ tải động lực:

-_k„a là hệ số sử dụng của thiết bị

-_P;là công suất đặt của thiết bị

= Hệ số sử dụng tổng hợp của Nhóm 1 là:

1 — (3.0, 35) + (6.0, 32) + (12.0, 32) + (2, 8.0, 37) + (10.0, 45) + (20.0, 23)

= kay = 0,31

b, Xac dinh sé phu tai hiéu qua nn

- Số thiết bị hiệu quả của nhóm 1 được xác định theo số thiết bị tương đối n„ và công suất tương đối P,trong nhóm

+) Gọi P„„„„„ là công suất của thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm

Theo thảo luận cùng thây Hải và để thuận tiện trong tính toán ở đây ta tinh nz, theo

công thức và k„; được tra theo bang PL5

+)Nhìn từ bảng số liệu của nhóm 1 6 bang trén ta thay:

= Tìng = Ng-n = 0,7.6 = 4,2

+) Tra bảng PL5 [1] với m;„ = 4,2; k;„ = 0, 31 ta được k„ = 2,1

=> Phụ tải tính toán của nhóm 1:

NHÓM | Pmax 0,5.Pmax | nị P, n PS n* P* Ni, | Dhg

Bang 1.2: Bang s6 thiét bi hiéu qua cua các nhóm

+) Với số thiết bị hiệu quả đã tính được,ta có bảng phụ tải tính toán cho các nhóm

trong bảng sau:

12 3,84

}

4,60 16,95 M2 0,73

56,20 | 26,87 M5

15,00 7,95 17,00 9,01

30,00 | 6,90 73,50 | 27,89

Bcosu

2,01 3,48 6,96

}

13,00 35,71

1,85

36,51

10,35 11,73

19,50 48,77

Pi: (kW) | Cosyy, | P¿„cos¿ ka

35,59 | 0,66 | 23,49

3333 | 0,66 | 22,00 44,88 | 0,64 | 28,72 42,18 | 0,65 | 27,42 52,14 | 0,66 | 34,41 Tong | 208,12 | 0,65 | 136,04

-_ Pz„z„„ : Phụ tải động lực tính toán toàn phân xưởng

-_k„: Hệ số đồng thời cực đại của các phân xưởng, lẫy k„=0,95

-_ Đ„: Công suất tác dụng tính toán nhóm tht i

n: số nhóm

+) Phụ tải tính toán động lực toàn phân xưởng là :

Prtdipx =208, 12.0,95=197,71 (kW) +) Hệ số công suất trung bình của các nhóm phụ tải động lực là:

Bảng 1.5: Phụ tải tính toán phân xưởng

+)Công suất tác dụng tính toán của toàn phân xưởng:

+) Công suất phan kháng tính toán của toàn phân xưởng là:

Quy» = Puy„ tan @y„ = 210, 67.1, 11 = 233,84(kVar)

+)Công suất tính toán toàn phân xưởng là:

Puyz — 210,67 COSQpx 0,67

5 ttpx —— = 314, 43(kV A)

Xác định sơ đồ cấp điện

2.1 Xác đỉnh vi trí đặt trạm biên áp cho phân xưởng

Để lựa chọn được vị trí tối ưu cho TBA cần thỏa mãn các điều kiện sau:

-_ Vị trí trạm cần phải được đặt ở những nơi thuận tiện cho việc lắp đặt, vận hành cũng như thay thể và tu sửa sau này (phải đủ không gian để có thể dễ dang thay máy biến áp, gần các đường vận chuyển )

- Vi trí trạm phải không ảnh hưởng đến giao thông và vận chuyển vật tư chính

của xí nghiệp

- Vi tri tram còn cần phải thuận lợi cho việc làm mát tự nhiên (thông gió tốt), có khả năng phòng cháy nổ tốt đồng thời phải tránh được các bị hoá chất hoặc

các khí ăn mòn của chính phân xưởng này có thể gây ra

Vì những lí do trên ta chọn đặt TBA ở phía sát tường bên trái, phía ngoài, cách góc

trên của phân xưởng 1 khoảng là 14 (m)

2.2 Chọn số lượng và công suất máy biên áp

2.2.1 Chọn số lượng máy biến áp

Việc lựa chọn đúng số lượng MBA dựa trên cơ sở độ tin cậy cung cấp điện Các phụ tải thuộc hộ tiêu thụ loại I, TBA cần đặt từ 2 MBA trở lên nối với các phân đoạn khác nhau của thanh góp, giữa các phân đoạn có thiết bị đóng cắt khi cần thiết Hộ tiêu

16

thụ loại II chỉ cần đặt 1 MBA (yêu cầu trong kho cần có MBA dự trữ)

Ở đây số phụ tải loại I chiếm 70%,ta sẽ sử dụng 2 máy biến áp làm việc song song

2.2.2 Chọn công suât máy biên áp

ít chủng loại máy, khả năng làm việc quá tải, đồ thị phụ tai

Sau đây là một số tiêu chuẩn chọn máy biến áp:

+) Khi làm việc ở điều kiện bình thường:

+) Kiểm tra khi xảy ra sự cô một máy biến áp( đối với trạm có nhiều hơn 1 MBA):

(n — 1) khe Kqt.S z„s > Sttsc (2.2)

Trong đó:

n: Sô máy biên áp của trạm

kục : Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường, ta chọn loại máy chế tạo ở Việt

Nam nên không cần hiệu chỉnh nhiệt d6, lay ky, = 1

kạ: : Hệ số quá tải sự cố, kg: = 1,4 néu thoa man điều kiện MBA vận hành quá tải không quá 5 ngày đêm, thời gian quá tải trong một ngày đêm không vượt

quá 6h và trước khi quá tải MBA vận hành với hệ số tải không quá 0,93

S;;s : Công suất tính toán sự cô Khi sự cô một máy biên áp có thể loại bỏ một

số phụ tải không quan trọng để giảm nhẹ dung lượng của các MBA(các phụ tải

loại IID, nhờ vậy có thể giảm được vốn đầu tư và tốn thất của trạm trong trạng thái làm việc bình thường

+) Đồng thời cũng cần hạn chế chủng loại MBA dùng trong nhà máy để tạo điều kiện thuận lợi cho việc mua sắm, lắp đặt, vận hành, sửa chữa, thay thế

2.2.2.2 Chọn máy biến áp cho phân xưởng

Bảng 2.1: Bằng thông s6 may bién áp

2.3 Xác định tâm các nhóm phụ tải của phần xưởng

- Tâm qui ước của các nhóm phụ tải của phân xưởng được xác định bởi một điểm M

có toạ độ được xác định : M(X,Y) theo hệ trục toạ độ xOy

Trong đó:

X,Y : 1a toa d6 của tâm các nhóm phụ tải của phân xưởng

z¿, 1; 1a toa độ phụ tải thứ ¡ tính theo hệ trục toạ độ xOy đã chọn

P, : là công suất của phụ tải thứ i

Ta có tọa độ tâm của các nhóm phụ tải :

2.4 Lựa chọn sơ đồ nỗi điện tôi ưu

e Kiểm tra độ sụt áp khi có động cơ lớn khởi động Điều kiện này ta cũng có thể

bỏ qua do phân xưởng không có động cơ có công suất quá lớn

e Đảm bảo điều kiện phát nóng

Như vậy nguyên tắc quan trọng nhất chính là đảm bảo điều kiên phát nóng.Sau đây

ta sẽ xét cụ thể về điều kiện phát nóng

Cáp và dây dẫn được chọn cần thỏa mãn

Trong đó:

-_kạ : là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường đặt cáp

kạ : là số lượng cáp đi song song trong rãnh

-_ l¿; : là dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây cáp chọn được (A)

- Tmax : 14 dong điện làm việc lớn nhất của phân xưởng, nhóm, hay các thiết bị điện đơn lẻ

+) Với cáp từ TBA đến các TPP ta đi lộ kép, cáp được đặt trong hào cáp, kạ =1

+) Với cáp từ TPP đến các TĐL ta đi lộ kép, cáp đặt trong rãnh,kạ =1

2.4.2 Chọn dạng sơ đồ nỗi điện cho phân xưởng

Mạng điện phân xưởng thường có các dạng chính sau:

+ Sơ đồ hình tia :

TPP

Hình 2.3: Sơ đồ phân nhánh bằng đường dây

-Kiểu sơ đỗ phân nhánh bằng đường dây (đường dây trục chính nằm trong nhà) Từ các TPP cap điện đến các đường dây trục chính Từ các đường trục chính được nối bằng cáp riêng đến từng thiết bị hoặc nhóm thiết bị Loại sơ đồ này thuận tiện cho việc lắp đặt, tiết kiệm cáp nhưng không đảm bảo được độ tin cậy CCĐ, dễ gây sự cố chỉ còn thấy ở một số phân xưởng loại cũ

—€ }—

Hình 2.4: Sơ đồ phân nhánh bằng đường dây trên không

-Kiểu sơ đồ phân nhánh bằng đường dây trên không Bao gồm các đường trục chính

và các đường nhánh Từ các đường nhánh sẽ được trích đấu đến các phụ tải bằng các đường cáp riêng Kiểu sơ đồ này chỉ thích ứng khi phụ tải khá phân tán công suất nhỏ (mạng chiếu sáng, mạng sinh hoạt) và thường bồ trí ngoài trời Kiểu sơ đỗ này có chỉ phí thấp đồng thời độ tin cậy CCÐ cũng thấp, dùng cho hộ phụ tải loại III

Có nghĩa là phối hợp các kiểu sơ đồ trên tuỳ theo các yêu cầu riêng của từng phụ tải

hoặc của các nhóm phụ tải

=> Từ các ưu khuyết điểm của từng dạng sơ đồ và sơ đồ bồ trí thiết bị trong phân xưởng ta chọn dạng sơ đồ hỗn hợp làm phương án nỗi điện trong phân xưởng

2.4.3 Lựa chọn dây dẫn đến trạm biên áp của xưởng

Chọn dây dẫn đến trạm biến áp của xưởng là dây kép cáp lõi đồng

Ta có dòng điện chạy trên đường dây:

Ly — 2.V3.Uạ„ 2.0/3.22 Stipe _ 3 43 = 4, 13(A)

Mat dé dong kinh té tng v6i Tmax = 4500(h) 1a 3,1 (A/mm?) (Bang 6.10 Trang 189

In 4,13

Chon cap van xoắn lõi đồng cách dién XLPE , dai thép , vo PVC do hang FURUKAWA chế tạo , mã hiệu XLPE.35 có rọ = 0,524(2/km) , x9 = 0,13(2/km) , Iep = 170(A)

(Cáp được đặt trong rãnh ) ( Tra bang PL23-Trang 300 [2])

-Kiểm tra điều kiện phát nóng :

Ta có: kị.kạ.I„„ = 1.1.170 = 170(4), Emex = Ise = 2-Ltvmar = 2.4,13 = 8,26(A)

= kị.kạ.I„ > I„a„ (thỏa mãn điều kiện)

2.4.4 Lựa chọn dây dẫn và đi dây trong phân xưởng

+) Chọn cáp từ trạm biến áp đến tủ phân phôi

Căn cứ vào trị số dòng 7,„„„„„ ta chọn dây cáp vặn xoắn lõi đồng cách điện XLPE.95,

đai thép, vỏ PVC do hang FURUKAWA (Nhat Ban) chế tạo: F = 95(mm?) , rp = 0,193(/km)

„o = 0, 112(0/km) và T„ = 305(A)

(Tra bang PL23 [2]) Ta có : kị.ka.„ = 1.1.305 > 238, 86 (A)(thỏa mãn )

-Tổn thất điện áp trên đường dây

+) Tính toán cho phần còn lại

Tương tự như trên ta có bảng thông số đường dây theo các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật :

Bảng 2.2: Bảng thông số đường dây phương án 1

Bang 2.4: Bảng thông số đường dây phương án 2

Bảng 2.6: Bảng thông số đường dây phương án 3

Bảng 2.8: Bảng thông số đường dây phương án 4