Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng sửa chữa cơ khí

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. Xuất phát từ thực tế đó mà Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng sửa chữa cơ khí đã được thực hiện.

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, trong 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 Nó là một dạng năng lượng đặc biệt, có rất nhiều ưu điểm như: dễ chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác( như cơ năng, hóa năng, nhiệt năng…), dễ dàng truyền tải và phân phối… 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: “Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng sửa chữa

cơ khí”, sau một thời gian làm đồ án, dưới sự hướng dẫn của thầy

TS Đặng Hoàng Anh và tài liệu tham khảo

­ Hệ thống cung cấp điện : Ts Trần Quang Khánh

­ Bài tập cung cấp điện : Ts Trần Quang Khánh

­ Thiết kế cấp điện :Ts Vũ Văn Tẩm-Ts Ngô Hồng Quang

­ Giáo trình cung cấp điện: Ninh Văn Nam (chủ biên)- Hà Văn

Chiến –Nguyễn Quang Thuấn

Đến nay, về cơ bản chúng em đã hoàn thành nội dung đồ án môn học này Do trình độ và thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, chúng em rất mong được sự chỉ bảo, giúp đỡ của các thầy cô để bài làm này của chúng em được hoàn thiện hơn Đồng thời giúp chúng em nâng cao trình độ chuyên môn, đáp ứng nhiệm vụ công tác sau này Chúng em xin chân thành cảm ơn !

1

Hà Nội, ngày 21 tháng 3 năm 2016

Sinh viên thực hiện:

Nhóm 1:Trần Việt Hoàng; Phạm Văn Lợi; Nguyễn Xuân Long.

2

1 Tính toán phụ tải điện

1.1 Phụ tải chiếu sáng

1.1.1.Thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng

Trong thiết kế chiếu sáng, vấn đề quan trọng nhất phải quan tâm là đáp ứng các yêu cầu về độ rọi và hiệu quả 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 cùng sự bố trí chiếu sáng vừa đảm bảo tính kinh tế và mỹ quan hoàn cảnh Thiết kế chiếu sáng phải đảm bảo các yêu cầu sau:

­ Phải tạo ra được ánh sáng giống ánh sáng ban ngày

Các hệ thống chiếu sáng bao gồm chiếu sáng chung, chiếu sáng cục bộ và chiếu sáng kết hợp ( kết hợp giữa cục bộ và chung ) Do yêu cầu thị giác cần phải làm việc chính xác, nơi mà các thiết bị cần chiếu sáng mặt phẳng nghiêng và không tạo ra các bóng tối sâu thiết kế cho phân xưởng thường sử dụng hệ thống chiếu sáng kết hợp

Chọn loại bóng đèn chiếu sáng gồm 2 loại: bóng đèn sợi đốt và bóng đèn huỳnh quang Các phân xưởng thường ít dung đèn huỳnh quang vì đèn huỳnh quang có tần số là 50Hz thường gây ra ảo giác không quay cho các động cơ không đồng bộ, nguy hiểm cho người vận hành máy,

dễ gây ra tai nạn lao động Do đó người ta thường sử dụng đèn sợi đốt cho các phân xưởng sửa chữa cơ khí

Việc bố trí đèn khá đơn giản, thường được bố trí theo các góc của hình vuông hoặc hình chữ nhật

Xác định kích thước của phân xưởng

Phân xưởng có kích thước như sau : rộng a=24m, dài b=36m, cao h=7mTham khảo bảng hệ số phản xạ (GT cung cấp điện _TS Quyền Huy Ánh bảng 10.5 trang 159 về công nghiệp nhẹ), ta xác định được các hệ số phản xạ của trần, tường và sàn lần lượt là 50%, 30% và 10%

Ta chọn loại đèn Metal Halide có hiệu suất sáng lớn và chỉ số hoàn màu cao, phù hợp với chiếu sáng công nghiệp Chọn loại đèn có thông số như sau:

P = 150W, quang thông Φ = 11250 lm, loại chóa chiếu sâu, vỏ nhôm, mỗi

Ta chọn được : Môi trường sử dụng trung bình và chế độ bảo trì là 12 tháng

Hệ số mất mát ánh sáng: LLF = 0,61 ( Trang 161 GT cung cấp điện_Quyền Huy Ánh)

Hệ số mất mát ánh sáng được xác định theo biểu thức:

LLF = LLD.LDD.BF.RSD

ở đây: LLD là hệ số suy hao quang thông theo thời gian sử dụng, LDD là

hệ số suy hao quang thông do bụi, BF là hệ số cuộn chấn lưu, RSD là hệ

số suy hao phản xạ của phòng do bụi

Độ rọi yêu cầu: Eyc = 150lx (phân xưởng lắp ráp cơ khí chi tiết trung bình – nhỏ) ·

Tính số bộ đèn sử dụng

Phân bố đèn: ta chọn 20 bộ đèn phân bố theo diện tích phân xưởng thành

4 hàng và 5 cột như sau:

Hình : Sơ đồ phân bố đèn trong phân xưởng

Kiểm tra độ rọi đồng đều: ta kiểm tra theo hai chỉ số α và β

= 0,8 1,8 (đèn HID – trần cao)

β = 0,3 0,5Theo chiều rộng ta tính được:

đ : công suất mỗi bóng đèn được lựa chọn.

Vì dùng loại đèn Metal Halide nên hệ số cosφ= 1 Do đó, ta có công suất toàn phần của nhóm chiếu sáng là:

Q

cs = 0 (kVAr)

1.2 Phụ tải thông gió làm mát

a) Phụ tải thông gió

Lưu lượng gió tươi cần cấp vào xưởng là: Q= n*V= 6*24*36*7=

36288 (m3)

Trong đó: n là số lần làm tươi trên 1h, V là thể tích khí

Với số liệu cho: MODEL : DLHCV40-PG4SF có lượng gió 4500 (m3/h)

Ta chọn q= 4500 m3/h => số quạt: N

q = 9 quạt

Bảng : Thông số quạt hút

Thiết bị Công suất Lượng Số K

Uđm=380(V); iđm=0,57(A); ilvmax=0,7(A)

Hệ số nhu cầu: (áp dụng công thức 2.34 trang 29 sách giáo trình cung cấp điện)

Phụ tải tính toán nhóm phụ tải thông gió và làm mát:Nếu chưa biết hiệu suất của động cơ nên ta lấy gần đúng Pđ=Pđm

(áp dụng công thức 2.41 chương 2 sách giáo trình cung cấp điện)

Trong đó: Pđmi là công suất định mức của thiết bị thứ i,kW

Ptt,Qtt,Stt : Công suất tác dụng ,phản kháng và toàn phần tính toán của nhóm thiết bị,kW,kVAR,kVA;

n:là số thiết bị trong nhóm; knc : hệ số nhu cầu;

b) Phụ tải làm mát

Để đảm bảo cho không gian làm việc thông thoáng mát mẻ ta chọn

15 quạt đứng công nghiệp có thông số như sau: Model SLS650

Hãng sản xuất: Điện cơ Hà Nội giá bán 1.480.000 VNĐ

Tính tương tự như làm mát ta được

Knc=0,77; Pttlm= 2,598 (kW) ; Qttlm=1,95(kVAr); Sttlm=3,248 (kVA)

c) Tổng hợp phụ tải thông gió và làm mát

Công suất tác dụng: Ptttglm=Ptttg+Pttlm=2,16+2,598=4,578 (kW)

Công suất phản kháng: Qtttglm=Qtttg+Qttlm=1,62+1,95=3,57(kVAr)

Công suất toàn phần : Stttglm=Stttg+Sttlm=2,7+3,248=5,948(kVA)

Dựa vào TCVN 5687 -2010 thông gió,điều hòa không khí tiêu chuẩn thiết kế

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

Bảng : Phụ tải động lực

TT Tên thiết bị Ký

hiệu

Số lượng

Công suất Pdm(kw)

4 Máy khoan 30 1 2.4 0.66 0.27

Công suất Pdm(kw)

Knc = Ksd*Kmax = 0,7

Trong đó Kmax = 1,76 (tra bảng)

Công suất tính toán :

Làm tương tự với 4 nhóm còn lại ta được bảng sau:

Bảng Tính toán phụ tải cho các nhóm còn lại

Với Kt = 0,9 với thiết bị làm việc dài hạn

Kt = 0,75 với thiết bị làm việc ngắn hạn lặp lại

Đối với nhóm 2 ta chọn Kt = 0,9

Bảng :Phụ tải động lực toàn phân xưởng

1.4 Tổng hợp phụ tải của toàn phân xưởng.

Công suất tác dụng toàn phân xưởng:

Trong đó: -công suất tính toán tổng của các hộ dùng điện,kW

– công suất tính toán của nhóm phụ tải thứ I,kW

-hệ số đồng thời

Pttpx= kđt (Pttđl+ Pcs +Ptttglm)=1(583,5+3+4,578)=591,1(kW); Với k

dt=1

Hệ số công suất trung bình toàn phân xưởng,

Xét thêm tổn thất trong mạng điện (10%) và khả năng phát triển phụ tải trong 10 năm (10%), ta sẽ có số liệu tính toán phụ tải toàn phân xưởnglà:

1.5 Nhận xét và đánh giá.

Phân xưởng sửa chữa có đặc điểm hầu hết là các máy có cuộn dây nên

hệ số toàn phân xưởng thấp

2 Xác định sơ đồ cấp điện của phân xưởng

2.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng

Vị trí đặt trạm biến áp

Việc chọn vị trí của trạm biến áp trong một xí nghiệp cân phải tiến hành so sánh kinh tế - kỹ thuật Muốn tiến hành so sánh kinh tế - kỹ thuật cân phải sợ bộ xác định phương án cung cấp điện trong nội bộ xí nghiệp Trên

cơ sở các phương án đã được chấp thuận mới có thể tiến hành so sánh kinh tế - kỹ thuật để chọn vị trí số lượng trạm biến áp trong xí nghiệp

Vị trí của trạm biến áp cần phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản:

1. An toàn và liên tục cấp điện

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

3. Thao tác, vận hành, quản lý dễ dàng.

4. Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành nhỏ

5. 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,

6. Tổng tổn thất công suất trên các đường dây là nhỏ nhất

Vị trí trạm biến áp thường được đặt ở liền kề, bên ngoài hoặc ở bên trong phân xưởng Trạm biến áp đặt ở bên ngoài phân xưởng, hay còn gọi là trạm độc lập, được dùng khi trạm cung cấp cho nhiều phân xưởng, khi cần tránh các nơi, bụi bặm có khí ăn mòn hoặc rung động; hoặc khi không tìm được vị trí thích hợp bên trong hoặc cạnh phân xưởng

Trạm xây dựng liền kề được dùng phổ biến hơn cả vì tiết kiệm về xây dựng và ít ảnh hưởng tới các công trình khác

Trạm xây dựng bên trong được dùng khi phân xưởng rộng có phụ tải lớn Khi sử dụng trạm này cần đảm bảo tốt điều kiện phòng nổ, phòng cháy cho trạm

Đối với phân xưởng sửa chữa cơ khí ta chọn phương án Xây dựng trạm biến áp liền kề với phân xưởng Gần tâm phụ tải phía trái phân xưởng,

khoảng cách từ trạm tới phân xưởng là L= m.

2.2 Các phương án cấp điện cho phân xưởng

2.2.1.Các phương án chọn lắp đặt máy biến áp

Ta xét 3 phương án sau:

 Phương án 1: 2 máy biến áp

 Phương án 2: Trạm có 1 máy biến áp và 1 máy phát diesel

dự phòng

 Phương án 3: Trạm có 1 máy biến áp

Phương án trạm biến áp

2.1.a)Phương án 1: Trạm có hai máy biến áp làm việc song song:

Công suất MBA được lựa chọn thỏa mãn điều kiện:

Nên ta lựa chon MBA có Sdm =800 (kVA)

Bảng : thông số máy biến áp

Chọn máy biến áp có công suất định mức bằng 1250 (kva) do công ty thiết

bị điện Đông Anh chế tạo

Bảng : Thông số kĩ thuật máy biến áp

Công suất MBA(kVA)

Suy ra ta chọn máy phát điện có Sđm = 1500(kVA)

2.1.c)Phương án 3: Trạm có 1 máy biến áp

Công suất MBA được lựa chọn thỏa mãn điều kiện:

S

đmB3 ≥ Sttpx Vì vậy, ta chọn máy biến áp SđmB3

= 1250(kVA)

Bảng : Thông số kĩ thuật máy biến áp

Sđm(kVA) Uđm(kV) P0(W)

không tải

Pn(W)

Có tải

Un(%)Điện áp ngắn mạch

Dòng điện không tải I0(%)

Vì xưởng làm 3 ca liên tục nên ta chọn Tmax=5000h

) = ح0,124

Tổn thất công suất tác dụng và phản kháng trong máy biến áp được tính theo công thức sau:

­ ح Thời gian tổn thất công suất lớn nhất

2.2.2.Các phương án cấp điện cho phân xưởng

 Phương án 1: Mỗi tủ động lực, tủ chiếu sáng, tủ thông thoáng làm mát được cấp điện bằng một mạch riêng

 Phương án 2: phương án gộp chung các nhóm phụ tải động lực với nhau để cấp điện từ tủ tổng tới, nhóm 1 với 2 một tủ, nhóm 3 một

tủ, và nhóm 4,5 một tủ, hệ thống chiếu sáng và làm mát có một tủ điều khiển riêng "

 Phương án 3: Tủ chiếu sáng, tủ thông thoáng làm mát được cấp

điện từ các các mạch riêng, Các tủ động lực, tủ ở xa được cấp điện thông qua tủ ở gần.

Tính toán sơ bộ:

2.2.a)Phương án 1

Tính toán tổn thất điện cho mạng

=( )/U với AA1 có: P=55,4(kW); Q=58,12(kVAr);

Bảng :Tổn hao điện áp sơ bộ cho phương án 1

6

2.2.b) Phương án 2:

­ Tính toán sơ bộ đường dây cho phân xưởng

Phương án đặt máy biến áp:

Đặt một máy biến áp và một máy phát dự phòng

Ưu điểm: vận hành đơn giản,đảm bảo cung cấp điện

Nhược điểm: ồn lúc hoạt động,chi phí đầu tư lớn

Ta có Stttpx =

Chọn máy biến áp có công suất định mức bằng 1250 (kVA) do công ty thiết

bị điện Đông Anh chế tạo

Bảng :Tổn hao sơ bộ cho phương án 2

Công suất MBA(Kva)

Trong đó Kmax = 1.76 (tra bảng)

Công suất tính toán :

Chọn cáp cách điện giấy lõi đồng loại BS 6840 do DELTA chế tạo có F = 185

Tính toán một cách hoàn toàn tương tự, tủ thứ 2 gồm nhóm phụ tải thứ 3

Với nhóm phụ tải thứ thư và thứ năm gần nhau ta sẽ đặt chung một tủ động lực

Cuối cùng là 2 nhóm phụ tải động lực cuối, với dòng tính toán được bằng 794,9(A) ta chọn được cáp là :

Chọn cáp cách điện giấy nõi đồng loại BS 6840 do DELTA chế tạo có F = 300

2.2.c)Phương án 3: Trạm có 1 máy biếnáp

Công suất MBA được lựa chọn thỏa mãn điều kiện:

S

đmB3 ≥ Sttpx Vì vậy, ta chọn máy biến áp S

đmB3 = 1250(kVA)

Bảng : thông số máy biến áp cho phương án 3

Sđm(kVA) Uđm(kV) P0(W)

không tải

Pn(W)

Có tải

Un(%)Điện áp ngắn mạch

Dòng điện không tải I0(%)

Vì xưởng làm 3 ca liên tục nên ta chọn Tmax=5000h

) =ح0,124

2

× 8760 (h) = (0,124 + 104

-×5000)2×8760=3410,9(h)

Tổn thất điện năng máy biến áp:

Ab3= P0*8760+ PN =1,72*8760+12,91* (3410,9=45479,8

(kWh)Tổn thất công suất trong máy biến áp bao gồm tổn thất không tải (tổn thất sắt) và tổn thất có tải (tổn thất đồng)

Tổn thất công suất tác dụng và phản kháng trong máy biến áp được tính theo công thức sau:

-ح thời gian tổn thất công suất lớn nhất

Phương án 3 : Chọn dây dẫn từ trạm biến áp nguồn, cách 20 m, tới tủ hạ thế tổng(THT)

Ta có, khoảng cách từ trạm biến áp đến trung tâm phân xưởng (tới tủ hạ thế tổng (THT) là 20m

Chọn dây dẫn đến phân xưởng là cáp đồng 3 pha được lắp đặt đi trên không

Ilvmax = Sttpx/( 1038,2/() = 1577,4 (A)

Tiết diện dây )

Ta chọn dây cáp đồng của CADIVI sản xuất tiết diện 630 mm2, ro = 0,102 (Ω/km) , xo = 0,095 (Ω/km) suy ra R=2,04.10-3(Ω);X=1,9.10-3(Ω)

Ta tính được tổn hao điện áp:

=( )/U = 7,6(V)

Tính toán sơ bộ dây dẫn từ tủ phân phối tổng tới các tủ động lực nhóm,ta chọn đường dây cáp dài nhất và phụ tải có công suất lớn nhất để tính toán sơ bộ cho toàn phân xưởng

Bảng : Tổn hao sơ bộ cho phương án 3

Chiều dài (m)

RΩ

XΩ

(V)

(KWh)

C 444.4 459.6 8.5 1.4 2.15 4237.63 21661033.21

Bảng :Tính lựa chọn dây dẫn cho tủ động lực nhóm 1

TT Tên thiết

bị

Ký hiệu

Cô

ng suấ

t Pdm(kw)

Stt(kVA)

Qtt(kVAr)

Cosφ Dòng

I(A)

Tiết diệnF

Loại dây

Chiều dàiL(m)

R(mΩ)

X(mΩ)

A11 Máy mài

Stt(kVA)

Qtt(kVAr)

Cosφ Dòng

I(A)

Tiết diệnF(mm)

Loại dây

Chiều dàiL(m)

R(mΩ)

X(mΩ)

84

A150

4 2.56 1.188

Bảng :Tính lựa chon dây dẫn cho tủ động lực nhóm 3

TT Tên thiết

bị

Ký hiệu

Côn

g suất Pdm(kw)

Stt(kVA)

Qtt(kVAr)

Cosφ Dòng

I(A)

Tiết diệnF(mm)

Loại dây

Chiều dàiL(m)

R(mΩ)

X(mΩ)

A33 Máy tiện

TT Tên thiết

bị

Ký hiệu

Côn

g suất Pdm(kw)

Stt(kVA)

Qtt(kVAr)

Cosφ Dòng

I(A)

Tiết diệnF(mm)

Loại dây

Chiều dàiL(m)

R(mΩ)

X(mΩ)

0.82

103.7 33.47

A35 2 1.84 0.616

A46 Máy quạt 41 11 14.1 8.82 0.78 21.42 6.91 A16 4 7.92 1.332

A47 Máy quạt 42 15

164

19

393.85

127.05

A120

12 3.24 2.44

Bảng :Tính lựa chon dây dẫn cho tủ động lực nhóm 5

TT Tên thiết

bị

Ký hiệu

Côn

g suất Pdm(kw)

Stt(kVA)

Qtt(kVAr)

Cosφ Dòng

I(A)

Tiết diệnF(mm)

Loại dây

Chiều dàiL(m)

R(mΩ)

X(mΩ)

A59 Máy tiện

bu lông

364

13.66633

Tính toán tổn thất trên đường dây :

DentaU = ( P.R+Q.X )/ Udm

Ta tính toán trên đường dây có phụ tải công suất lớn nhất để tính tổn thất.

Bảng : Tổn thất trên đường dây có phụ tải công suất lớn nhất

A29 4,6.10-4 2,33.10-4 0,82 429893,5

2.2.3 Đánh giá lựa chọn phương án cung cấp điện cho phân xưởng :

Lựa chọn phương án 1 vì các lý do sau :

Ưu điểm:, vận hành đơn giản,dễ dàng cho người sử dụng ,hiệu suất sử dụng cao hơn phương án 2,đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện tốt nhất ,dễ dàng thay thế và bảo dưỡng các thiết bị trong phân xưởng

Nhược điểm:chi phí đầu tư ban đầu lớn

3 Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị điện

3.1 Tính toán ngắn mạch

Ta tiến hành xác định dòng điện ngắn mạch tại 6 điểm (điểm N1 tại thanh cái MBA,N2 tại thanh cái TĐL1 , N3 tại thanh cái TĐL2,N4 tại thanh cái TĐL3,N5 tại thanh cái TĐL4,N6 tại thanh cái TĐL5)

­ Thanh dẫn chỉnh đổi phân phối tới tủ phụ tải:

Ilv=1578(A); Jkt =2,1 ứng với Tmax=5000(h) chất liệu bằng đồng

3.3 Chọn và kiểm tra thiết bị trung áp

­ Chọn tủ Với tủ 2,3,4,5,6

Tủ phân phối của phân xưởng:đặt một ATM tổng từ trạm biến áp về và đặt

6 ATM nhánh cấp cấp điện cho tủ động lực

Tủ động lực mỗi tủ được cấp điện từ thanh góp của tủ phân phối của phân xưởng bằng một đường cáp ngầm hình tia Phía đầu vào đặt ATM hoặc cầu dao và cầu chì làm nhiệm vụ đóng cắt, bảo vệ quá tải và ngắn mạch cho các thiết bị trong phân xưởng Các nhánh ra cũng đặt các cầu dao, cầu chì nhánh để cấp điện trực tiếp cho các phụ tải

­ Chọn thiết bị chống sét van: UđmCSV Uđmlưới22kV chọn chống sét van

do Siemens chế tạo có thông số như sau:

Bảng : chọn thiết bị chống sét van

Loại Vật liệu Uđm kV Dòng điện Vật liệu vỏ

­ Chọn cầu chì: điều kiện để chọn cầu chì cho mạng cao áp

+UđmCC Uđmmạng=22(kV); +IđmCC Ilvmax= ==29,4(A);

Tra bảng B.3.6 trang 277 thông số kĩ thuật cầu chì cao áp do Siemens chế tạo sách giáo trình thiết kế cung cấp điện ta có bảng sau