tính toán thiết kế cung cấp điện

- Phụ tải động lực- Phân nhóm thiết bị Phân nhóm thiết bị theo nguyên tắc sau: + Các thiết bị cùng một nhóm nên đặt gần nhau để giảm chiều dài dâydẫn hạ áp nhờ vậy tiết kiệm được vốn đầu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Khoa Điện

BÀI TẬP LỚN MÔN:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Mạnh Quân

Sinh viên thực hiên : L ưu Thị Nhung - 0841040101

Nguyễn Quang Hùng -0941040099 Lớp : Điện 1

Khóa : K9

Hà Nội – 2017

1

M ỤC L ỤC

LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước ta đang trong công cuộc công nghiêp hoá, hiện đại hoá Nhu cầu điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghệp, dịch vụ và sinh hoạt tang trưởng không ngừng đi cùng với quá trình phát triển kinh tế Do đó đòi hỏi rất nhiều công trình cung cấp điện, đặc biệt rất cần các công trình có chất lượng cao, đảm bảo cung cấp điện liên tục, phục vụ tốt các ngành trong nền kinh tế quốc dân

Trong đó lĩnh vực công nghiệp là một trong những ngành kinh tế trọng điểm củađất nước, được Nhà nước và Chính phủ ưu tiên phát triển vì nó có vai trò quan trọng trong kế hoạch đưa nước ta trở thành nước công nghiệp vào năm 2020 Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho ngành này là một công việc khó khăn, đòi hỏi sự cẩn thận cao Phụ tải của ngành phần lớn là phụ tải loại 1, 2 đòi hỏi độ tincậy cấp điện cao

Dưới sự hướng dẫn của thầy NGUYỄN MẠNH QUÂN, chúng em nhận được đềtài “Thiết kế cấp điện cho phân xưởng sửa chữa thiết bị điện” và đã hoàn thành được bài tập của mình Tuy nhiên trong quá trình làm thì chúng em cũng không tránh khỏi được những thiếu sót do đó chúng em rất mong sự thông cảm và góp

ý kiến của các thầy cô trong khoa Em xin chân thành cảm ơn !

2

A. DỮ LIỆU PHỤC VỤ THIẾT KẾ

•

- Mặt bằng bố trí thiết bị của phân xưởng:

3

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

P, kW4

1 Bể ngâm dung dịch kiềm 0,35 1 24

1. Tính toán phụ tải điện

- Phụ tải chiếu sang

Trong bất kì xí nghiệp nào, ngoài chiếu sangs tự nhiên còn phải dùng chiếu sáng nhân tạo, phổ biến nhất là dùng đèn chiếu sáng nhân tạo Thiết kế chiếu sáng công nghiệp cũng phải đáp ứng yêu cầu về độ rọi và hiệu quả của chiếu sáng đối với thị giác,

5

Ngoài ra, chúng ta còn quan tâm tới màu sắc ánh sáng, lựa chọn các chao chụp đèn, sự bố trí chếu sáng vừa đảm bảo tính kinh tế,

kĩ thuật và còn phải đảm bảo mỹ quan Thiết kế chiếu sáng phải đảm bảo các yêu cầu sau:

1 Không loá mắt: vì với cường độ ánh sang mạnh sẽ làm choắt

có cảm giác loá, thần kinh bị căng thẳng, thị giác mất chính xác

2 Không loá do phản xạ: ở một số vật công tác có các tia phản

xạ khá mạnh và trực tiếp do đó bố trí đèn cần chú ý

3 Không có bóng tối: ở nơi sản suất các phân xưởng không nên

có bóng tối, mà phải sáng đồng đều để có thể quan sát được toàn

bộ phân xưởng Muốn khử các bóng tối thường sử dụng bóng

mờ và treo cao đèn

4 Độ rọi yêu cầu đồng đều: nhằm mục đích khi quan sát từ vị trí này sang vị trí khác mắt người không phải điều tiết quá nhiều gây mỏi

5 Phải tạo được ánh sáng giống ánh sáng ban ngày để thị giác đánh giá được chính xác

Tính toán phụ tải chiếu sáng:

Ta dựa vào công thức sau: Pcs= F.po

trong đó: Pcs là công suất chiếu sang

F là diện tích toàn phân xưởng

po= 15w/m2

có F= 864m2

vậy Pttcs= 864.15= 12,96kW

có coscs=0,65 Chọn đèn huỳnh quang có Pđm= 36w Khi đó ta có số bóng đèn cần dung trong toàn phân xưởng là:

Nbóng đèn== 360 bóngVới 360 bóng đèn ta lắp đều cho toàn phân xưởng,mỗi máng lắp

2 đèn như hình vẽ:

6

Ta chọn bóng đèn huỳnh quang Philips 1m2 TL- D36W

- Chọn dây dẫn cho đèn theo điều kiện phát nóng:

Itt= = 4.9AIcp== 6,4A

Chọn cáp đồng 1 lõi cách điện PVC do lens chế tạo có

Icp=31A, tiết diện F=1,5mm2, r0=12,1

- Ta đặt 1 tủ chiếu sáng riêng cạnh cửa ra vào để thuận tiện cho

việc đóng tắt khi ra vào phân xưởng Tủ bao gồm 1 aptomat tổng 3 pha 4 cực và 12 cai công tắc, mỗi công tắc điều chỉnh 30 cái bóng đèn

7

- Phụ tải thông gió và làm mát

- Phân xưởng cos chiều dài 36m, chiều rộng 24m và chiều cao 5m Vậy ta có thể tích toàn phân xưởng là: V= 36.24.5= 4320m3

- Với mỗi m3 phân xưởng tương ứng với 200BTU công suất lạnhKhi đó công suất lạnh = V.200BTU= 4320 200= 864000BTU

Vậy ta dùng điều hoà tủ đứng đặt sàn nối thông gió 1 chiều DaikinFVPGR18NY1 180000BTU, được bố trí xung quanh xưởng như hìnhvẽ:

- Chọn aptomat điều khiển điều hoà: ta dùng 5 cái aptomat đặt trong

tủ chiếu sang

- Quy đổi công suất lạnh ra công suất điện: ta có cứ 746w=9000BTU

vậy công suất điện 1 máy điều hoà dung là: =14,92kw va với co=0,8

 công suất điện dung cho toàn phân xưởng là:

- Phụ tải động lực

- Phân nhóm thiết bị

Phân nhóm thiết bị theo nguyên tắc sau:

+ Các thiết bị cùng một nhóm nên đặt gần nhau để giảm chiều dài dâydẫn hạ áp nhờ vậy tiết kiệm được vốn đầu tư và tổn thất điện năng trênđường dây

+ Chế độ làm việc của các thiết bị cùng một nhóm nên giống nhau nhờ

đó việc xác định phụ tải được tính toán chính xác hơn và thuận tiệncho việc lựa chọn các thiết bị điện và thiết bị bảo vệ

9

+ Tổng công suất trên các nhóm là xấp xỉ bằng nhau để việc lựa chọn

tủ động lực thuận tiện hơn Chú ý, số thiết bị trong một nhóm khôngnên bố trí quá nhiều

 Vậy ta chia phụ tải làm 4 nhóm như bảng sau:

Số thiết bi có công suất lớn hơn một nửa công suất (17,6kw) củathiết bị có công suất lớn nhất là n1= 2

Ptt= 35,7 kwQtt= 21,06 kVArStt= 41,4 kVA + Nhóm 4:

Ptt= 47,36 kwQtt= 34,1 kVArStt= 58,36 kVA

- Phụ tải toàn phân xưởng

Toàn phân xưởng gồm 3 loại phụ tải:

+ Phụ tải chiếu sang+ Phụ tải thông gió và làm mát+ Phụ tải động lực(nhóm 1,2,3,4)Ptttoàn phân xưởng= kđt.Ptt từng loại phụ tảiVới kđt= 0,8

11

Ta có: Ptt toàn phân xưởng=0,8.(12,96+59,68+54,8+51+35,7+47,36)

=209,2 kwTương tự ta có:

Qtt toàn phân xưởng=0,8.(12,96+59,68+38+59,67+21,06+34,1)

=181,2kVAr

Stt toàn phân xưởng==276,8 kVA

- Nhận xét và đánh giá

+Sau khi đã tính toán ta thấy tổng công suất tính toán của phân xưởng

k quá lớn nên phân xưởng thuộc phụ tải loại 2 Đối với loại phụ tải này

ta dùng 1 máy biến áp tổng cho toàn phân xưởng

+Ta nên lắp thêm một tụ bù công suất để tiêu thụ công suất phản kháng vì ta nhận thấy hệ số cos toàn phân xưởng khá thấp (cos=0.76)

2. Xác định sơ đồ cấp điện cho phân xưởng

2.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp

Vị trí của trạm biến áp có ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật của mạng điên Nếu vị trí của trạm biến áp đặt quá xa phụ tải thì có thể dẫn đến chất lượng điện áp bị giảm, gây tổn thất điện năng Nếu phụ tải phân tán thì việc đặt các trạm biến áp gần chúng có thể dẫn đến số lượng trạm biến áp tang, chi phí cho đường dây cung cấp lớn và như vậy hiệu quả kinh tế sẽ giảm

Vị trí trạm biến áp thường đặt ở liền kề,bên ngoài hoặc ở bên trong phân xưởng

Vị trí trạm biến áp cần phải thoả mãn những yêu cầu cơ bản sau:

- An toàn và cấp điện liên tục

- Gần trung tâm phụ tải, thuận tiện cho nguồn cung cấp đi tới

- Thao tác, vận hành, quản lí dễ dàng

- Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành

- Bảo đảm các điều kiện khác như cảnh quan môi trường, có khả năng điều 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 thiết bị trong phân xưởng ta thấy rằng các phụ tải được bố trí với mật độ cao trong nhà xưởng nên không thể bố trí máy biến

áp trong nhà

- Xác định tâm phụ tải: ta vẽ trục xOy như hình vẽ để xác định toạ độ của từng thiết bị:

12

y O

x 36m

Từ đó dựa vào công thức sau xác định toạ độ tâm phụ tải từng nhóm:X=

Y=

Với X: hoành độ

Y: tung độ

+ Từ đó xác định toạ độ trọng tâm phụ tải từng nhóm như sau:

-Trong tâm phụ tải nhóm 1: X1= 10,8 Y1= 5,8

-Trọng tâm phụ tải nhóm 2: X2= 26,2 Y2=7.5

-Trọng tâm phụ tải nhóm 3: X3= 5,8 Y3=18,5

-Trọng tâm phụ tải nhóm 4: X4= 21,2 Y4= 15,6

 Trọng tâm phụ tải toàn phân xưởng là:

X= =16.9

Y= = 11.4

Các tủ động lực từng nhóm ta đặt vào rìa phân xưởng sao cho gần trọng ta phụ tải nhất

Người ta thường không đặt trạm biến áp vào trong phân xưởng nên ta

sẽ đặt ở ngoài phân xưởng, rìa tường bên trái xưởng sao cho gần trọng tâm phụ tải phân xưởng nhất

Chọn máy biến áp theo điều kiện: SđmB Stt

Mà ta có Stt toàn phân xưởng = 276,8kVA

Chọn máy biến áp phân phối do ACB chế tạo,mức điều chỉnh điện áp +- 2 x 2,5% có thông số như sau:

2.2 Các phương án cấp điện cho phân xưởng

- Để cấp điện cho phân xưởng ta dùng sơ đồ hình tia vì các thiết bi khátập trung

- Để cung cấp điện cho các thiết bị,trong xưởng đặt một tủ phân phối chính nhận điện từ trạm biến áp về và cấp điện cho 4 tủ động lực của 4nhóm phụ tải động lực Trạm biến áp và tủ động lực ta bố trí như hình

4 ở trên

- Sơ đồ nguyên ly:

14

- Sơ đồ đi dây:

15

a. Chọn sơ bộ dây dẫn:

• Chọn dây dẫn từ nguồn đến trạm biến áp dài 400 m

+Dòng điện chạy trong dây cao áp :Itt = = = 7,3 (A)

Chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép: Icp

→ Icp ≥ = 9.5 (A)

Đối với đường dây cao áp, tiết diện tối thiểu không nhỏ hơn35mm2 nên ta chọn loại dây AC – 50 có tiết diện 50mm2 nối từnguồn vào trạm biến áp

Có r0= 0,494

Ω /km ;x0=0,13 Ω

Chọn cáp đồng cách điện PVC do LENS chế tạo có:+ Icptrong nhà=87(A)

*Từ tủ phân phối đến tủ động lực nhóm 4 dài 25 m

• Chọn dây từ tủ động lực nhóm tới từng thiết bị

Ta cũng chọn dây dẫn PVC do hãng Lens sản xuất

Dòn

g cho phép

đi qua dây (A)

Dây dẫn được lựa chọn

Tiết diện dây(mm2)

Icp tron

g nhà(A)

Điệntrở dây dẫn(

R()

• Tính toán các loại tổn thất trong mạng điện

b)Tính toán các tổn thất ( điện áp, điện năng)

20

- Tính tổn thất công xuất điện năng

+Tổn thất công suất trên đường dây từ từng tủ tới từng thiết bị:

21

Tên đường dây R

(Ω )

Ptbi(kW) Qtbi(kVAr) ∆P

(kW)

A

∆(kW.h)

Ptbi(kW) Qtbi(kVAr) ∆P

(kW)

A

∆(kW.h)

Có công thức :

2 2

R=r0.L(Ω )

Ptbi(kW)

Qtbi(kVAr)

P

∆(kW)

A

∆ (kWh)Nhóm 1 0,387 15 5,8.10-3 54,8 38,1 161,5.10-3 466,1Nhóm 2 0,193 18 3,4.10-3 51 59,67 327,3.10-3 944Nhóm 3 0,387 32 12,4.10-3 35,7 21,06 133.10-3 383,8Nhóm 4 0,387 25 9,7.10-3 50,93 48,9 1,8 5194,8Chiếu

sáng

1.83 33 60,4.10-3 12,96 15,16 150.10-3 432,9Điều hoà 0,193 35 6,76.10-3 59,68 44,76 235.10-3 678,2+Tổn thất công suất trên đường dây từ trạm biến áp phân xưởng tới tủ phânphối chính :

Có r0=0,0601km

Ω ;L=10m→ R= r0 L=0,601.10.10-3=0,601.10-3(Ω

24

+Tổn thất từ nguồn tới trạm biến áp phân xưởng là:

Có công suất toàn phân xưởng P=209,2kW; Q=181,2kVAr; S=276,8 kVA Điện áp U=22kV

Lại có R=r0.L=0,494.0,35=0,173Ω

X0=0,13.0,35=0,045 Ω

→ ∆U= =43,3V

+Tổn thất trong máy biến áp :

Trong máy biến áp luôn xảy ra cả hiện tượng tổn hao điện áp và điệnnăng

Điện áp đi vào máy biến áp U=22-∆U

=21,96kV

Mô hình hóa máy biến áp :

+Gồm có điện trở R; cảm kháng X và 1 máy biến áp lí tưởng(như hình vẽ)

25

Trong đó có R=

X=

2 2

321,9984

Suy ra tổn thất điện áp bên trong máy biến áp là ∆ =U 0,78kV

Vậy điện áp khi đi vào biến áp lí tưởng như trên hình minh họa là:

U=21,997-0,78=21,22 kV

Lại có tỉ số biến đổi điện áp trong máy biến áp lí tưởng :

N=

22 550,4

vao

ra

U

suy ra điện áp thực đi qua biến áp lí tưởng là 21,22/55=0,39kV

+ Tổn thất trên đường dây từ máy biến áp phân xưởng tới tủ phân phối

Đường dây hạ áp ta bỏ qua cảm kháng đường dây

271,6.10 1,2.10

8,3.100,39

Udm (kV)

tên đường dây R

(Ω )

Tổn thất điện áp trên dây lớn nhất của thiết bị nhóm 1 là

Tổn thất ∆U% = 1 %<5% → Thỏa mãn điều kiện tổn hao điện áp

Tổn thất điện áp trên dây lớn nhất của thiết bị nhóm 4 là:

U

∆

=2,5.10-3 kV của thiết bị số 13 → điện áp đặt vào thiết bị này là:

0,387-2,5.10-3 = 0,3845kV

Tổn thất ∆U% = 0,65 %<5% → Thỏa mãn điều kiện tổn hao điện áp

Tổn thất điện áp trên dây lớn nhất của thiết bị nhóm thông thoáng và làm mát

là ∆U =1,9.10-3 kV của thiết bị số DH4→ điện áp đặt vào thiết bị này là

0,386-1,9.10-3 =0,3841kV;

Tổn thất ∆U% = 0,5 %<5% → Thỏa mãn điều kiện tổn hao điện áp

Tổn hao trên đường dây chiếu sáng là rất nhỏ,do đó ta có thể bỏ qua

29

Vậy phương án này được chấp nhận,ta đã xác định được phương án cung cấpđiện cho phân xưởng.

3. Lựa chọn và kiểm tra thiết bị

3.1.Tính toán ngắn mạch

Ngắn mạch là sự cố nghiêm trọng trong hệ thống điện và thường xuyênxảy ra trong hệ thống cung cấp điện Dòng điện khi xảy ra ngắn mạch là rất lớn

sẽ dẫn đến các hậu quả sau:

+ Dòng điện tăng làm tăng nhiệt các thiết bị, cách điện bị phá hủy gây rachạm chập cháy nổ

+ Xuất hiện lực điện động rất lớn có khả năng phá hủy các kết cấu của thiết bị

và tiếp tục gây chạm chập cháy nổ

Vì thế, việc tính toán dòng ngắn mạch có ý nghĩa quan trọng, các kết quảtính toán là cơ sở cho việc chọn các thiết bị bảo vệ và kiểm tra ổn định nhiệt củadây dẫn …

Các điểm cần tính ngắn mạch là:

+ Ngắn mạch ngay sau trạm biến áp

+ Ngắn mạch trên thanh cái tủ phân phối

+ Ngắn mạch tủ động lực

30

a, Ngắn mạch phía trung áp

Đối với mạng điện cung cấp, tổng trở của các thiết bị: thanh cái, aptomat,cầu chì, dao cách ly… thường rất nhỏ so với trạm biến áp nên có thể bỏ qua

+ Điện trở của trạm biến áp: Trạm biến áp có 1 máy biến áp 315kVA có:

Ω

;XB=

2.100

Tính toán tương tự như trên ta được : INM=14,23 (kA)

Tính toán tương tự ta có bảng sau :

• Ngắn mạch tại trước mỗi thiết bị.

Tính toán tương tự ta có bảng sau:

Vị trí ngắn

mạch

Điện trở đườngdây

cáp

(Ω)

Điện khángđường dây X(Ω

)

Dòng ngắnmạch (kA)

Nhóm 1Thiết bị số 3 0,08

33

Thiết bị số 19 0,005 0,016 14,5

Nhóm 3Thiết bị số 1 0,023

3.2 Chọn và kiểm tra thiết bị trung áp

I đmDCL k.IBA= 1,25.360,84= 451,05 A ( k=1,25 đối với chạm một máy

Từ các điều kiện trên ta chọn tủ tích hợp dao cắt với cầu chì loại 8DH10 doSiemens chế tạo chó thông số

Loại tủ Uđm

kV

IđmA

Iđ.đmkA

Inh.đm

kA Thiết bị đóng cắt8DH10 24 200 50 16 Dao cắt phụ tải, cầu chì

- Chọn van chống sét do Siemens chế tạo có các thông số :

Loại Vật liệu Uđm , kV Dòng phóng điện

định mức, kA Vật liệu vỏ3EA1 Cacbua silic

35

Khả năng chịungắn mạch,kA

b) Chọn tủ phân phối của phân xưởng.

Tủ phân phối của phân xưởng bao gồm 1 aptomat tổng và 5 aptomat

nhánh bảo vệ cho các tủ động lực trong phân xưởng

Aptômat là một dạng máy cắt hạ áp, nó vừa có chức năng bảo vệvừa có chức năng đóng cắt mạng điện Aptômat có hai phần tử bảo vệ làcuộn điện từ và rơle nhiệt Cuộn điện từ dùng để bảo vệ chống dòng ngắnmạch, còn rơle nhiệt dùng để bảo vệ chống quá tải Đặc tính bảo vệ của

36

aptômat cũng tương tự như đặc tính bảo vệ của cầu chảy Nhưng do ưuđiểm hơn hẳn cầu chì là khả năng làm việc chắc chắn, tin cậy, an toàn,đóng cắt đồng thời 3 pha và khả năng tự động hóa cao, nên aptomat mặc

dù có giá đắt hơn vẫn ngày càng được dùng rộng rãi trong lưới điện hạ

áp

Hình 3.2 Sơ đồ tủ phân phối

Áp tô mát được chọn theo các điều kiện sau:

c) Chọn aptomat cho mạch chiếu sáng:

Tủ chiếu sáng được bảo vệ bằng aptômát để khi mất điện có thể đóng lạinhanh, không mất thời gian phải thay dây chì nếu dùng cầu chảy, để đảm bảochiếu sáng liên tục

Dòng điện làm việc của mạng chiếu sáng là:

Ta chọn loại aptomat EA53-G có IdmA=30A

Chọn aptomat tổng trong tủ phân phối bảo vệ cho mạng hạ áp phân xưởng

Dòng điện tính toán chạy qua aptomat tổng AT là: Itt=330,9 A

Dòng ngắn mạch tại điểm ngắn mạch 2 là: IN2=7,77 A

37

Điện áp định mức của mạng hạ áp phân xưởng là: Udm=380V.

Nên ta chọn aptomat do Nhật sản xuất loại NS400E có:

IdmA=400 A và UdmA=500V và Icdm=15 kA

Vậy AT là NS400E thỏa mãn các điều kiện

Chọn aptomat nhánh tới các tủ động lực.

Chọn cho 1 tủ tiêu biểu là tủ động lực 2:

Dòng điện tính toán chạy qua aptomat A2 là: Itt=131,13 A

IdmA(A)

Icdm(kA)

UdmA(V)TPP-dl1 187,6 5,34 380 EA203-G 200 18 380TPP-dl2 131,13 5,34 380 EA203-G 160 18 380

Cầu chì là thiết bị đơn giản nhằm cắt đứt mạch khi có dòng điện lớn quá trị

số cho phép đi qua Vì thế chức năng của cầu chì là bảo vệ quá tải và ngắnmạch Hiệu quả bảo vệ của nó phụ thuộc vào đặc tính của dây chảy

Cầu dao (Hay còn gọi là dao cách ly) có nhiệm vụ chủ yếu là cách ly phầnmang điện và phần không mang điện, tạo khoảng cách an toàn trông thấy, phục

vụ cho công tác sửa chữa, kiểm tra, bảo dưỡng lưới điện

Trong lưới điện thì cầu chì có thể được dùng riêng rẽ, cũng có thể đượcdùng kết hợp với dao cách ly (DCL).Còn DCL cũng có thể dùng riêng rẽ, hoặckết hợp với cầu chì và máy cắt

38