bài-tập-lớn-cung-cấp-điện-1 (1)

Sau khi học môn Cung Cấp điện, em được giao đề tài đồ án: “ Thiết kế cấp điện cho phân xưởng sửa chữa cơ khí” Tuy nhiên chúng em đã thực hiện đồ án này dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN: Thiết Kế Hệ Thống Cung Cấp Điện

Lời Mở Đầu

Điện năng là một dạng năng lượng có nhiều ưu điểm như: Dễ dàng chuyển thành các dạng năng lượng khác (nhiệt, cơ, hóa, …) dễ dàng truyền tải và phân phối Chính vì vậy điện năng được sử dụng rất rộng rãi trong mọi lĩnh vực hoạt động của con người Điện năng là nguồn năng lượng chính của các nghành công nghiệp, là điều kiện quan trọng trong phát triển đô thị và các khu vực dân cư Ngày nay nền kinh tế nước ta đang từng bước phát triển, đời sống nhân dân đang từng bước được nâng cao, cùng với nhu cầu

đó thì nhu cầu về điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ và sinh hoạt cũng từng bước phát triển không ngừng Đặc biệt với chủ trương kinh tế mới của nhà nước, vốn nước ngoài tăng lên làm cho các nhà máy, xí nghiệp mới mọc lên càng nhiều

Do đó đòi hỏi phải có hệ thống cung cấp điện an toàn, tin cậy để sản xuất và sinh hoạt Để làm được điều này thì nước ta cần phải có một đội ngũ con người đông đảo và tài năng để có thể kế thừa, đưa ứng dụng công nghệ điện vào trong đời sống Sau khi học

môn Cung Cấp điện, em được giao đề tài đồ án: “ Thiết kế cấp điện cho phân xưởng

sửa chữa cơ khí”

Tuy nhiên chúng em đã thực hiện đồ án này dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn

Mạnh Quân nhưng do lượng kiến thức còn hạn chế, nên có đôi phần thiếu sót Chúng

em rất mong sự đóng góp ý kiến, sự phê bình và sửa chữa từ các quý thầy cô và các bạn sinh viên để đồ án này được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

 Phụ tải chiếu sáng tính toán của toàn nhà xưởng:

2.2 Xác định phụ tải tính toán cho các nhóm phụ tải động lực

+ nhq* =

0.95

p 12n1 +

 Nhóm 4

 Bảng tổng hợp kết quả tính toán phụ tải động lực

4 Nhận xét và đánh giá.

- Phân xưởng nhỏ 24x36 m2, các máy móc trong phân xưởng không nhiều và có

công suất nhỏ do vậy công suất toàn phần tính toán của cả phân xưởng khá

nhỏ, dưới 500 kVA

- Hệ số công suất trung bình của cả phân xưởng tương đối cao 0,84 Do vậy cần

bù không nhiều

CHƯƠNG II

XÁC ĐỊNH SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN CỦA PHÂN XƯỞNG

1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp 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 hànhcũng như thay thế và tu sửa sau này (phải đủ không gian để có thể dễ dàng thaymáy biến áp, gần các đường vận chuyển )

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

xí nghiệp

- Vị trí trạm còn cần phải thuận lợi cho việc làm mát tự nhiên (thông gió tốt), có khảnăng phòng cháy, phòng nổ tốt đồng thời phải tránh được các bị hoá chất hoặc cáckhí ăn mòn của chính phân xưởng này có thể gây ra

 Nên tâm qui ước của các nhóm phụ tải của phân xưởng được xác định bởi mộtđiểm M có toạ độ được xác định : M(0,Ynh) theo hệ trục toạ độ xOy Góc tọa

độ O (0,0) lấy tại điểm thấp nhất của phân xưởng phía bên tay trái

n

i i i

i i

S y Y

19 Máy quạt 9.35 0.67 13.95 7 97.68

 Tọa độ đặt máy biến áp là M(0;23)

 Tọa độ đặt các tủ động lực của phân xưởng

+ Nhóm 1 : tọa độ là A (8;36)

+ Nhóm 2 : tọa độ là B (12;24)

+ Nhóm 3 : tọa độ là C (0;16)

+ Nhóm 4 : tọa độ là D (24;20)

2 Các phương án cấp điện cho phân xưởng

Mạng điện phân xưởng thường có các dạng sơ đồ chính sau đây:

- Sơ đồ hình tia: Mạng cáp các thiết bị được dùng điện được cung cấp trực tiếp từcác tử động lực (TĐL) hoặc từ các tủ phân phối (TPP) bằng các đường cáp độclập Kiểu sơ đồnày có độ tin cậy CCĐ cao, nhưng chi phí đầu tư lớn, thường đượcdùng ở các hộ loại I và loại II

Hình 2.3 Sơ đồ hình tia

- Sơ đồ rẽ nhánh: Các TĐL được cấp điện từ TPP bằng các đường cáp chính Cùnglúc có thể cấp điện cho các TĐL khác Ưu điểm của sơ đồ này là tốn ít cáp, chủngloại cáp cũng ít Nó thích hợp với các phân xưởng có phụ tải nhỏ, phân bố khôngđồng đều Nhược điểm là độ tin cậy cung cấp điện thấp, thường dùng cho các hộloại III

TPP

TÐL

TÐL TÐL

Hình 2.4 Sơ đồliên thôngNgoài ra còn có nhiều các sơ đồ khác như sơ đồ mạch vòng kín, sơ đồ dẫn sâu, sơ đồmạch vòng kín vận hành hở…

TPP

TÐL

=> Từ các ưu khuyết điểm của từng dạng sơ đồ và sơ đồ bố trí thiết bị trong phân xưởng

ta chọn dạng sơ đồ hỗn hợp làm phương án nối điện trong phân xưởng

3 Chọn máy biến áp và dây dẫn

a, chọn máy biến áp

Ở đây, phân xưởng này có công suất nhỏ S tt =465 kVA Hơn nữa phân xưởng sửa

chữa cơ khí thường đặt tại các khu công nghiệp, vùng thành phố những nơi mà được cấp điện với độ tin cậy khá cao (Phụ tải loại II), do vậy để tiết kiệm chi phí và phù hợp với công suất thực ta lựa chọn dùng 1 máy biến áp

Chọn dung lượng máy biến áp

Lựa chọn:

- Số lượng máy biến áp: n = 1

- Stt= 465 (kVA) Nên ta chọn máy biến áp công suất 560 kVA> Stt/khc

SMBA

(kVA)

Điện áp(kVA)

∆P0(kW)

∆PN ở

75oC(kW)

UN%(%)

I0%(%)

Vốn đầu tư MBA(106 đ)

b, chọn dây dẫn

 Chọn dây dẫn từ nguồn tới trạm biến áp của phân xưởng

+ Chọn cáp đồng và dây làm 2 lộ để đảm bảo độ tin cậy cấp điện, cáp ngầm+ Dòng điện chạy trên đường dây khi phụ tải lớn nhất:

Ilvmax= S tttpx

n√3 U đm =2√4653 22 =6.1 A+ Tiết diện cáp cao áp chọn theo mật độ kinh tế dòng điện Đối với cáp đồng

3 pha và lấyT max=4000 (h), ta tra được J kt=3.1A/mm2

+ Ta có tiết diện kinh tế của dây dẫn bằng

F = I lvmax

J kt = 6.13,1 = 1.9 mm2

 Chọn cáp vặn xoắn ba lõi đồng cách điện XLPE, đai thép, vỏ PVC do hãng R)UKAWA chế tạo, mã hiệu XLPE.50 có ro = 0,387 (/km), xo = 0,124 (/km),

FU-cp

I = 170 (A) (Cáp được đặt trong rãnh)

 Kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn: Isc ≤ k1k2Icp

Trong đó:

+ I cp : Dòng điện chạy trên dây cáp lúc làm việc bình thường

0,9

cáp, do tính toán sơ bộ nên chọn k = 0,82

Thay số vào ta thấy:

+ L: Chiều dài đường dây từ nguồn tới trạm biến áp, L = 200 (m).

+ ∆A = 390

2+2532

222 *0,387*0,22 *2405,3 = 41563 W = 41.563 kW+ Chi phí tổn thất điện năng:

+ Cdây = A C. = 41.563*1500 = 62344.5 (đ)

+ Chi phí quy đổi của đường dây:

Zdây = (avh + atc).Vdây + Cdây (đ)

Vdây = vo.2L (giá tiền trên mỗi m chiều dài vo =246500 (đ/m) )

 Vdây= 246500*2*200= 98600000 ( đồng)= 98,6 ( tr đồng)

 Chọn dây dẫn từ trạm biến áp tới tủ phân phối.

- Dòng điện chạy trên dây dẫn từ trạm biến áp đến tủ phân phối: Đi lộ kép , chiềudài khoảng 3 m

Bằng 2 lần lúc vận hành bình thường ∆U = 0,7 V> 10%UđmVậy tiết diện dây dẫn phải chọn tăng lên một cấp AC- 300

+ Vậy ta có hàm chi phí quy đổi:

 Chọn dây dẫn từ tủ phân phối đến các tủ động lực, tủ động lực đến các phụ tải

Để đảm bảo cung cấp điện được liên tục ngay cả khi xảy ra sự cố, ta chọnđường dây từ tủ phân phối đến tủ động lực là đường dây kép

 PHƯƠNG ÁN 1: đi dây kiểu hình tia.

Chọn dây dẫn từ tủ phân phối đến tủ động lực 1: chiều dài : 9 (m)

 Dòng điện chạy trong dây dẫn từ tủ phân phối đến tủ động lực 1:

Vậy ta chọn cáp XLPE.50 có thông số kỹ thuật: r0 = 0,387 (/km), xo = 0,1 (

Bằng 2 lần lúc vận hành bình thường ∆U = 0.96 V< 10%Uđm

Vậy cáp đã chọn thoả mãn yêu cầu

+ ∆A = 309,6 kW

+ Chi phí tổn thất điện năng:

C=∆ A c0=309.6∗1500=464400(đ)

+ Vốn đầu tư đường dây:Zdây = (avh + atc).Vdây + C (đ)

x0,Ω/km

∆U,V

∆A,kWh

Ilvmax,A

Icp,A

1 TBANg- 50 200 0.387 0.124 0.83 41.563 6.1 170 246.5 30

2

0.0601

0.0805

0.16

585

1 –M16

2

2 TĐL3–M17 16 5 1.47 0.17 0.36 112.083 32.52 95 60 0.3482

4

64.911

+) Tính toán tổn thất điện áp cực đại trong mạng điện hạ áp:

 Tổn thất cực đại từ TBA – TPP - TĐL1 – các phụ tải thuộc TĐL1:max.N1 TBA TPP TBA TDL1 TDL tb1

 Tổn thất điện áp cực đại trong mạng điện hạ áp là:

∆UmaxPA1 = ∆UmaxN4 = 2.74 V < 5%Uđm

Vậy phương án 1 thỏa mãn yêu cầu về kĩ thuật

 PHƯƠNG ÁN 2: đi dây theo kiểu rẽ nhánh

stt Đoạndây mmF,2 L,

m

r0,Ω/km

x0,Ω/km

∆U,V

∆A,kWh

Ilvmax,A

Icp,A

6 TĐL3–M11 16 13 1.47 0.117 0.62 97.257 18.78 95 60 0.6141

7 TĐL4–M21 16 16 1.47 0.117 0.41 79.832 15.34 95 60 0.6962

6 TĐL4–M30 16 11 1.47 0.117 0.29 54.884 15.34 95 60 0.4783

9

TĐL4

+) Tính toán tổn thất điện áp cực đại trong mạng điện hạ áp:

 Tổn thất cực đại từ TBA – TPP - TĐL1 – các phụ tải thuộc TĐL1:

max.N1 TBA TPP TBA TDL1 TDL tb1

 Tổn thất điện áp cực đại trong mạng điện hạ áp là:

∆UmaxPA2 = ∆UmaxN4 = 2.584 V < 5%Uđm

Vậy phương án 2 thỏa mãn yêu cầu về kĩ thuật

 So sánh các phương án - Chọn phương án tối ưu.

 Dựa vào các kết quả tính toán ở trên, ta có bảng tổng kết các phương án như sau:

 Bảng 2.6 Bảng so sánh các chỉ tiêu về kinh tế - kĩ thuật các phương án

Tổn thất điên năng(kWh)

Có thể coi hai phương án gần như tương đồng kinh tế, chênh lệch k lớn

Ta lựa chọn Phương Án 1 có tổn hao điện năng thấp hơn và khả năng làm việc củamáy không bị ngắt quãng do phương pháp chọn cách đi dây hình tia làm pương án cấp điện cho Phân xưởng

CHƯƠNG III: LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA CÁC THIẾT BỊ.

1 Tính toán ngắn mạch

Các điểm cần tính ngắn mạch:

 N1 –Ngắn mạch ở phía cao áp TBA

 N2 – Ngắn mạch tại thanh cái tủ phân phối để kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt của

nó cũng như kiểm tra aptomat tổng

 N3 – Ngắn mạch tại 1 tủ động lực đại diện ( tủ 1 ) để kiểm tra aptomat nhánh

 N4 – Ngắn mạch tại 1 động cơ đại diện ( động cơ 1 ) để kiểm tra aptomat cho cácđộng cơ

Phía cao áp

Tính ngắn mạch tại đầu cực máy biến áp để chọn dao cắt phụ tải phía đầu nguồn, máy cắt, dao cách ly và chống sét van trong tủ hợp bộ phía cao áp

Chọn và kiểm tra thiết bị

2 Chọn thiết bị trạm biến áp phân xưởng

Lấy thời gian tồn tại dòng ngắn mạch tk = 2,5 s

 Lựa chọn dao cách ly

Điện áp định mức:UđmDCL = 22kV

Dòng điện định mức: IđmDCL = Ilvmax = 1,95 (A)

Vậy ta chọn dao cách ly PПHД – 35/630có thông số kĩ thuật như sau:HД – 35/630có thông số kĩ thuật như sau:

Bảng 3.1 Thông số cơ bản của DCL PПHД – 35/630có thông số kĩ thuật như sau:HД – 35/600

Số lượng Uđm (kV) Iđm (A) INmax (kA) IN10s (kA)

 Lựa chọn máy cắt

 Điện áp định mức:UđmMC = 22kV

 Dòng điện định mức:IđmMC≥ Ilvmax = 6.1 (A)

Vậy ta chọn máy cắt HVF604 do ABB chế tạo có thông số kĩ thuật như sau:Bảng 3.2 Thông số cơ bản của máy cắt HVF604

Số lượng Uđm (kV) Iđm (A) IN (kA) INmax (kA) IN3s (kA)

 Công suất cắt: Scđm= √3.25.24 = 925,63 MVA > S”N = √3.0,05.22 = 2,02 MVA

Vậy MC đã chọn thỏa mãn các điều kiện

 Chọn cầu trì tự rơi.

Cầu chì tự rơi có vai trò tương đương 1 DCL và 1 cầu chì, khi dây chảy đứt thì đầu trêncủa cầu chì nhả chốt hãm làm ống cầu chì rơi xuống, tạo khoảng cách ly giống như mởcầu dao

Điều kiện chọn và kiểm tra:

Điện áp định mức (kV) Uđmcc ≥ UđmLĐDòng điện định mức (A) Iđmcc ≥ IlvmaxDòng cắt định mức (kA) Icđm ≥ I”

Công suất cắt định mức

Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật CCTR) C730-233PB

Mã số Ulvđm (kV) Icđm (A) IN (kA)C730-

Kiểm tra:

Điện áp định mức lưới điện UđmLĐ = 22 kV

Dòng điện làm việc lớn nhất Ilvmax= 6.1 A

Dòng điện ngắn mạch IN1= I” = 0,05 kA

Công suất ngắn mạch SN = S” = √3IN.UđmLĐ = √3.0,053.22 = 2,02 MVACông suất cắt của cầu chì Scđm = √3Icđm.Uđmcc = √3.0,3.25 = 13 MVA > S”Vậy cầu chì đã chọn đảm bảo yêu cầu

 Lựa chọn thiết bị tủ phân phối.

Tủ phân phối của phân xưởng: Đặt 1 Aptomat tổng phía từ trạm biến áp về và 5 Aptomat nhánh cấp điện cho 4 tủ động lực và 1 tủ chiếu sáng, làm mát

Sơ đồ tủ phân phối:

TÐL1 TÐL2 TÐL3 TÐL4 TCS

Aptomat t?ng

Aptomat nhánh

TPP

 Chọn thanh cái tủ phân phối

Dòng điện chạy qua thanh cái:

Ilvmax = S ttnx

√3 U đm= 465

√3 0,4 = 671.17 (A)

Chọn thanh cái bằng đồng có J kt = 2,1 (A/mm )2

Tiết diện kinh tế của thanh cái: Fkt = 671.172,1 = 319.6 mm2

Chọn thanh cái có tiết diện lớn hơn 319.6 mm2

 Chọn Aptomat tổng của TPP

 Điện áp định mức lưới điện: 0,4 kV

Dòng điện làm việc max của lưới điện: Ilvmax = S ttnx

√3 U đm= 465

√3 0,4 = 671.17 (A)Vậy ta chọn Aptomat kiểu AB-10 do liên xô chế tạo có các thông số cơ bản như sau:

10

AB-Số cực

AptomatLoại Uđm (V) Iđm (A) IN (kA) Số

Sốcực

21 Máy mài tròn vạn năng 12.75 0.6 EA33G 480 30 2,5 3

CHƯƠNG IV THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP

1 Máy biến áp 2 Đầu trung áp 3 Cáp hạ áp

4 Thanh dẫn trung áp 5 Cửa thông gió 6 R)ãnh cáp

 Tính toán nối đất cho trạm biến áp

 Phương pháp : dùng thanh ngang đan thành lưới chữ nhật (9mx6m), đóng 18 cọctrên cạnh ngoài của lưới, cách nhau 1,5m

Chọn điện cực ngang là thép tròn CT3 Ф16, cọc là thép góc 60x60x6 dài 5m

9000

Tổng chiều dài thanh(L) 6x6 + 5x9 = 81 m

Điện sỏ suất đã cho; ρ=120Ω.m

Vậy phương pháp nối đất đã đạt yêu cầu.

4 Sơ đồ nguyên lý, mặt bằng, mặt cắt của trạm biến áp.

2200

7 7

7 9

8

3 2

5

9

5000

CHƯƠNG V Tính bù công suất phản kháng nâng cao hệ số công suất

1 ý nghĩa của việc bù công suất phản kháng

 Hệ số công suất cos đánh giá phân xưởng dùng điện có hợp lý và tiết kiệm haykhông Nâng cao hệ số công suất cos với mục đích phát huy hiệu quả cao nhấtquá trình sản xuất, phân phối và sử dụng điện năng

 Phần lớn các thiết bị tiêu dùng điện đều tiêu thụ công suất tác dụng P và công suấtphản khág Q Công suất tác dụng là công suất được biến thành cơ năng hoặc nhiệtnăng trong các thiết bị dùng điện, còn công suất phản kháng Q là công suất từ hoátrong các máy điện xoay chiều, không sinh ra công

 Truyền tải một lượng công suất Q qua dây dẫn và máy biến áp sẽ gây ra tổn thấtđiện áp, tổn thất điện năng lớn và làm giảm khả năng truyền tải trên các phần tửcủa mạng điện Do đó để có lợi về kinh tế kỹ thuật trong lưới điện cần nâng cao hệ

số công suất tự nhiên hoặc đưa nguồn bù công suất phản kháng tới gần nơi tiêu thụ

để tăng hệ số công suất cos làm giảm lượng công suất phản kháng nhận từ hệthống điện

 Việc nâng cao hệ số cos sẽ đưa đến các hiệu quả:

- Giảm được tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện

- Giảm tổn thất điện áp trong mạng điện.

- Nâng cao khả năng truyền tải năng lượng điện của mạng

- Tăng khả năng phát của các máy phát điện.

2 Tính toán bù công suất phản kháng để cosφ mong muốn sau khi bù đạt 0.9

Tính toán dung lượng bù: Qbnx = Pttnx.(tanφ1– tanφ2)

Hệ số công suất trung bình của nhà xưởng: cosφtb = 0,84, φ1 = 32.8o

Hệ số công suất yêu cầu đạt được: cosφyc = 0,9, φ2 = 25,840

Qbnx = 390.(tan32.8 – tan25,84) = 62.5 (kVAr)

Chọn tủ bù có Q= 80 kVAr, giá 10800000 đ

3 Đánh giá hiệu quả bù công suất phản kháng

Việc bù công suất phản kháng giáp giảm tổn thất hao phí công suất,giảm tổn thấtđiện năng trên đường dây, có hiệu quả kinh tế

TÀI LIỆU THAM KHẢO

4 Ngô Hồng Quang, Giáo trình cung cấp điện, Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam,

5 Giáo trình Cung cấp điện, Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

6 Giáo trình Vật liệu và an toàn điện, Đại Học Công Nghiệp Hà Nội