Bài tập lớn học phần thiết kế cung cấp điện thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng nhôm

Phân xưởng cơ khí chuyên sản xuất các loại cửa nhôm khung bao cửa nhôm và một số vật dụng khác liên quan đến nhôm.. Phân xưởng có diện tích 200m2 chiều dài 20m, chiều rộng 10m với đầy đ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BÀI TẬP LỚN

Học Phần: Thiết kế cung cấp điện

Mã học phần: 13468

Tên đề bài tập lớn: Thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng

nhôm

Sinh viên: Hoàng Văn Cầu Lớp: TĐH58ĐH

Mã sinh viên :73572

Nhóm học phần: N02

Giáo viên hướng dẫn: T.S Nguyễn Hữu Quyền

HẢI PHÒNG, 2020

MỤC LỤC

Chương 1: Giới thiệu chung về đối tượng được thiết kế 4

1.1 Giới thiệu chung về đối tượng 4

1.2 Thiết bị trong phân xưởng 4

1.3 Sơ đồ mặt bằng phân xưởng 5

Chương 2: Xác định phụ tải tính toán cho phân xưởng 5

2.1 Xác định phụ tải tính toán cho từng nhóm 5

2.2 Công suất tính toán toàn phân xưởng 6

Chương 3 Thiết kế cung cấp điện 7

3.1 Mạng trung áp 7

3.2 Mạng hạ áp 7

Chương 4 Tính toán tổn thất 8

4.1 Tổn thất công suất 8

4.2 Tổn thất điện áp 10

4.3 Tổn thất điện năng 11

Chương 5 : Tính toán ngắn mạch 12

5.1 Phía trung áp

5.2 Phía hạ áp 14

Chương 6: Kết luận 17

Chương 1: Giới thiệu chung về đối tượng được thiết kế.

1.1 Giới thiệu chung về đối tượng.

Phân xưởng cơ khí chuyên sản xuất các loại cửa nhôm khung bao cửa nhôm và một số vật dụng khác liên quan đến nhôm Phân xưởng có diện tích 200m2 ( chiều dài 20m, chiều rộng 10m) với đầy đủ các thiết bị hiện đại và chuyên dùng Phân xưởng với 2 cửa ra vào, có kho riêng tách biệt và phần mặt bằng chỉ để đặt thiết bị và sản phẩm đã hoàn thành

Nguồn điện cấp cho phân xưởng lấy từ trạm biến áp 10kV cách phân xưởng 200m

1.2 Thiết bị trong phân xưởng .

Phân xưởng gồm 5 loại máy sử dụng động cơ 3 pha với công suất

2,2-13,7KW và hệ thống quạt làm mát và đèn chiếu sáng

lượng

Tổng công suất ( W )

Udm (V)

Fđm (Hz)

N (vòng/

p)

Cosφ

1 Máy 1 Máy cắt

nhôm 2 đầu

5 Máy 5 Máy phay ổ

khóa

nghiệp

xưởng

Bảng 1: Bảng thiết bị trong phân xưởng

1.3 Sơ đồ mặt bằng phân xưởng.

Hình 1.1 Sơ đồ mặt bằng phân xưởng

Chương 2: Xác định phụ tải tính toán cho phân xưởng

2.1 Xác định phụ tải tính toán cho từng nhóm.

a) Nhóm động cơ sử dụng điện 3 pha

 Xác định hệ số thiết bị hiệu quả nhq.

n hq= ¿ ¿ ¿ = 3(3+2,2+2,2+13,7+1,1)2 2

+ 2,22+ 2,22+1 3,72+ 1,12 = 2.4

 Xác định hệ số Cosφtb

Hệ số sông suất các thiết bị trong nhóm không giống nhau nên ta xác định hệ

số Cosφtb theo công thức:

Cosφtb = P1×Cosφφ1+P2×Cosφφ2+…+P n ×Cosφφ n

P1+P2+…+P n Cosφφ tb= 3 × 0,8+2,2 ×0,85+2,2 ×0,9+13,7 × 0,9+1,1× 0,85

 Xác định phụ tải tính toán.

Do n > 3 và n hq < 4 và thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại nên ta lấy

k pt =0,75 Phụ tải tính toán được xác định như sau:

P tt=∑

i=1

n

k pt × P đm= 0,75×(3+2,2+2,2+13,7+1,1) = 16,65 (kW)

Q tt= P tt

Cosφφ =16.650.9 = 18,5 (kVAr)

S tt=√P tt2+Q tt2 = √16,65 2

+ 18,5 2 = 24,9 (kVA) b) Nhóm thiết bị sử dụng điện 1 pha

P tt=∑

i=1

n

k pt × P đm=0,75× (1400+800)=1,65(kW )

Q tt= P tt

Cosφφ =1,650.9 = 1,83 (kVAr)

S tt=√P tt2+Q tt2 = √1,65 2

+ 1,83 2 =2,46 (kVA)

2.2 Công suất tính toán toàn phân xưởng.

Phân xưởng có 2 nhóm thiết bị nên lấy K đt=0,9

P ttpx=K đt∑

i=1 n

P tti = 0,9 × (16,65 + 1,65) = 16,47 (kW)

Q ttpx=K đt∑

i=1

n

Q tti = 0.9 × (18,5 + 1,83) = 18,29 (kVAr)

S ttpx=√P ttpx2+Q ttpx2 = √16,472

+ 18,29 2 = 24,61 (kVA)

Chương 3 Thiết kế cung cấp điện.

3.1 Mạng trung áp.

MC2 MC1

hình 3.1 Sơ đồ mạng trung áp

 Trong đó:

MC1 : máy cắt 1

MC2 : máy cắt 2

TBATG : trạm biến áp trung gian

TBAXN : trạm biến áp xí nghiệp

3.2 Mạng hạ áp.

PT nhóm 1

PT nhóm 2

400V

10kV

TG-1

TG-2

TG-4

TG-3 B2

B1 MC1

MC2

TA

TA P1

Hình 3.2 Sơ đồ mạng hạ áp

 Trong đó:

MC1 : máy cắt 1

MC2 : máy cắt 2

P1 : cầu chì

B1 : biến áp 1

B2 : biến áp 2

TG1 : thanh góp 1

TG2 : thanh góp 2

TG3 : thanh góp 3

TG4 : thanh góp 4

TA : áp tô mát

Chương 4 Tính toán tổn thất.

Hình 4.1 Sơ đồ tương đương

4.1 Tổn thất điện áp.

Chọn dây dẫn cáp M-50 có : r0 = 0,35 Ω/km ; x0 = 0,37 Ω ; Ucp = 5%

 Đoạn 13

Có P2 = 16,65 kW ; Q2 = 18,55 kVAr

ΔUU13= P R+Q X U = 16,65∗0,35∗0,02+18,5∗0,37∗0,02

0,4 =¿ 0.63 (V)

 Đoạn 1’2

Có P1 = 1,65 kW ; Q1 = 1,83 kVAr

ΔUU1’2 = P R+Q X U =1,65 0,35 0,02+1,85 0,37 0,02

 Đoạn 01

Có P = P1 + P2 = 16,65 + 1,65 = 18,3 kW

Q = Q1 + Q2 = 18,5 + 1,85 = 20,35 kVAr

ΔUU01 = P R+Q X U =18,3 0,35 0,2+ 20,35 0,37 0,2

 Trên toàn đường dây

ΔUUdd = ΔUU01 + ΔUU12 + ΔUU13 = 7,65 (V)

ΔUUmax% = ΔUU U . 100

1000 = 1.9125 < Ucp

4.2 Tổn thất công suất.

 Tổn thất công suất trên đường dây

- Tổn thất trên đoạn 1’2

ΔUP1’2 = P2+Q2

U2 × Rd = 1.652+1.852

0,22 2 × 0,35 × 0,02 = 0,001 (KW) ΔUQ1’2 = P2+Q2

U2 × Xd = 1.652+1.852

0,222 × 0,37 × 0,02 = 0,0013 (kVAr) ΔUS1’2 =√ΔU P2+ΔUQ2= √0,0012+ 0,0012 = 0,001 (kVA)

thức:

SBA2 = 1,2 × (Stt + ΔUS1’2) = 1,2 × (2,46 + 0,001) = 2,95 (kVA)

Chọn MBA ΤДⱧ6300/220ДⱧ6300/220Ⱨ6300/220 có thông số:

Sđm kVA ΔUP0

W

ΔUPN

W

UN

%

I0

%

ΔUQ0

kVAr

RB

Ω

XB

Ω

Bảng 4.1 Bảng thông số máy biến áp 2

- Tổn thất trong máy biến áp phụ tải

ΔUPBA2 = ΔUP0 + ΔUPN׿ = 0,01 + 0,05׿ = 0,017 (KW)

ΔUQ0BA2 = I o % S đm

100 = 1× 6,3100 = 0,063 (kVAr)

ΔUQnBA2 = U n % × S đm

100 = 10,5× 6,3100 = 0,66 (kVAr)

 ΔUQBA2 = ΔUQo + ΔUQn× ( S pt

S đm )2 = 0,063 + 0,66× (2,466,3 )2 = 0,73 (kVAr)

 ΔUSBA2 = √P b2

+Q b2

=√0,017 2

+ 0,73 2 = 0,73 (kVA)

- Tổn thất trên đoạn 13

ΔUP13 = P2+Q2

U2 × Rd = 16,652+18,52

0,4 2 × 0,35 × 0,02 = 0,27 (KW) ΔUQ13 = P2+Q2

U2 × Xd = 16,652+18,52

0,42 × 0,37 × 0,02 = 0,028 (kVAr)

- Tổn thất trên toàn đường dây

ΔUPdd = 0,001+0,017 + 0,27 = 0,28 (kW)

ΔUQdd = 0,0013 + 0,028 = 0,029 (kVAr)

ΔUSdd =√ΔU P2

+ΔUQ2= √0,28 2 +0,029 2 = 0,281 (kVA)

công thức:

SMBA1 = 1,2 × (Stt + ΔUSdd) = 1,2 × (24,61 + 0,281) = 29,868 (kVA) Chọn MBA dầu HEM 3 pha 10/0,4 kV – 50kVA

Hình 4.2 Hình ảnh máy biến áp dầu hãng HEM Thông số MBA:

Mức điện

áp

Sđm

kVA

ΔUP0

W

ΔUPN

W

UN

%

I0

%

Bảng 4.2 Bảng thông số máy biến áp 1

- Tổn thất công suất trong MBA chính:

ΔUPBA2 = ΔUP0 + ΔUPN׿ = 0,235 + 1׿ = 0,48 (KW)

ΔUQ0BA2 = I o %× S đm

100 = 2× 50100 =1 (kVAr)

ΔUQnBA2 = U n % × S đm

100 = 4 × 50100 = 2 (kVAr)

 ΔUQBA2 = ΔUQo + ΔUQn× ( S pt

S đm )2 = 1 + (24,950 )2 × 2 = 1,496 (kVAr)

 ΔUSBA2 = √P b2

+Q b2

=√0,48 2 +1,496 2 = 1,571 (kVA)

4.3 Tổn thất điện năng.

 Trong MBA:

 Tổn thất điện năng MBA 3 pha

Xưởng làm việc 2 ca nên ta chọn T max= 3500

Mà τ =(0,124+T max ×10−4

)2×8760

τ =(0,124+3500 ×10−4)2× 8760=1968

∆ A BA=∆ P0× t+∆ P N ×( S pt

S dm)

2

× τ

= 0,235 ×8760+1׿

 Tổn thất điện năng MBA 1 pha

Xưởng làm việc 2 ca nên ta chọn T max= 3500

Mà τ =(0,124+T max ×10−4)2×8760

τ =(0,124+3500 ×10−4)2× 8760=1968

∆ A BA=∆ P0× t+∆ P N ×( S pt

S dm)

2

× τ

= 0,01 ×8760+0,05׿

 Trên đường dây

∆ A=∆ P × τ (kWh)

 Trong đó:

∆ P−Tổnthất công sφuất lớn nhất trên đường dây , Kw

τ - Thời gian tổn thất công suất lớn nhất, h, tra bảng 4-1

τ =f¿

 Nhà máy làm việc 2 ca Tmax = 3500h

 τ = 1600h ( tra bảng 4.1 trang 49 giáo trình “thiết kế cung cấp điện” )

ΔUAdd = ΔUPdd× τ = 0,28 × 1600 = 448 kWh

Chương 5 : Tính toán ngắn mạch

5.1 Phía trung áp.

N MC1

MBA1

N

XHT

HT

r1 + jx1

Hình 5.1 Sơ đồ tính ngắn mạch trung áp

 Trong đó:

MC1 : máy cắt 1 TBATG : trạm biến áp trung gian MC2 : máy cắt 2 TBAXN : trạm biến áp xí nghiệp MBA1 : máy biến áp 1 N : điểm ngắn mạch

 Chọn máy cắt phía trung áp

S∑ = ΔUSdd + ΔUSBA1 + Stt = 0,281+ 1,571 + 24,9 = 26,752 kVA

- Công suất máy cắt :

SN = 1,2× S∑ = 1,2× 26,752 = 32,102 kVA

- Ta có : U = 10 KV S N=32,102 kVA

- Dây dẫn phía trung áp dài l= 2,5km có: R0= 0,35 Ω/km, X0= 0,37 Ω/km

- Điện kháng của hệ thống là :

X HT=U2

S N=

102

32,102=3,115(Ω)

 Dòng điện ngắn mạch tại điểm N là :

I N= U

√3 × Z1=

10

√3 ×√(0,35 ×2,5)2+(0,37 ×2, 5+3,155)2=1,384 (KA)

 Dòng điện xung kích

i xkN=√2 ×1,8 ×1,384=3,523( KA)

5.2 Phía hạ áp.

PT nhóm 1

PT nhóm 2

400V N1

10kV

TG-1

TG-2 TG-4

TG-3 N2

B2

B1 MC1

MC2 TA

P 1

TA

Hình 5.2 Sơ đồ tính ngắn mạch hạ áp

 Trong đó:

MC1 : máy cắt 1

MC2 : máy cắt 2

P1 : cầu chì

B1 : biến áp 1

B2 : biến áp 2

TG1 : thanh góp 1

TG2 : thanh góp 2

TG3 : thanh góp 3

TG4 : thanh góp 4

TA : áp tô mát

N1,2,3 : điểm ngắn mạch 1,2,3

a) Ngắn mạch điểm N1

- Ta chọn thanh góp (TG-0,4kv) bằng đồng tiết diện 6,6 mm2

r TG−1= 0,056 (mΩ)

x TG−1= 0,189 (mΩ)

- Điện trở và điện kháng máy biến áp B1 :

r BA=∆ P N ×U đm2

S đm2 ×10

3

=1× 4002

502 = 64 (mΩ)

x BA=U N %× U đm2

S đm ×10

3=0,04 × 4002

50 = 128 (mΩ)

- Điện trở và điện kháng của TG-1, l= 6m tra trong sổ tay có :

a tb=1,26× a=1,26 ×240=300 ¿m)

r TG−1=6 × R 0 =6 ×0,056=0,336 (mΩ)

x TG−1=6× X0=6 ×0,189=1,134(mΩ)

- Điện trở tiếp xúc của cầu dao P-1 tra trong sổ tay

r P−1=0,15(mΩ)

- Tổng điện trở đối với điểm ngắn mạch N1 :

r∑1=r BA+r TG−1+r P−1=64+0,336+0,15≈ 64,186 (mΩ)

- Tổng điện kháng đối với điểm ngắn mạch N1 :

x∑1=x BA+x TG−1=128+1,5=129,5(mΩ)

- Tổng trở tổng hợp đối với điểm ngắn mạch N1

Z∑1=√r∑12

+x∑12

=√64,186 2 +129,5 2 =144,53(mΩ)

- Dòng điện ngắn mạch tại N1 là :

I N 1= U

√3 × Z∑1=

400

√3 × 144,53=1,59(KA)

- Dòng điện xung kích

i xkN 1=√2 ×1,3 ×1,59=2,92(KA )

b) Ngắn mạch điểm N2

- Ta chọn thanh góp 2 (TG-2) bằng đồng tiết diện 6,6 mm2, l=2m

Tra sổ tay có điện trở và điện kháng của TG-2 ứng với atb=300mm

r0= 0,056 (mΩ)

x0= 0,189 (mΩ)

- Ta chọn thanh góp 4 (TG-4) bằng đồng tiết diện 4,4 mm2, l=3m

Tra sổ tay có điện trở và điện kháng của TG-4 ứng với atb=300mm

r0= 0,125 (mΩ)

x0= 0,214 (mΩ)

 Điện trở và điện kháng của TG-2

r TG−2=2 × R0=2× 0,056=0,112(mΩ)

x TG−2=2× X0=2 ×0,189=0,378(mΩ)

 Điện trở và điện kháng của TG-4:

r TG−3=3 × R0=3 ×0,125=0,375 (mΩ)

x TG−3=3× X0=3× 0,214=0,642(mΩ)

- Điện trở, điện khág cuộn dây dòng điện của aptomat tra phụ lục PL 3.12:

r A=0,12 (mΩ)

x A= 0,094 (mΩ)

- Điện trở tiếp xúc tại các điểm của aptomat tra bảng phụ lục PL3.13:

r TA=0,25 (mΩ¿

- Tổng điện trở đối với điểm ngắn mạch N2 :

r∑2=r∑1+r TG−2+r TG−3+r A+ r TA

= 64,186 + 0,112 + 0,375 + 0,12 + 0,25 = 65,043 (mΩ)

- Tổng điện kháng đối với điểm ngắn mạch N2

x∑2=x∑1+x TG−2+x TG−3+x A

¿ 129,5+ 0,378+ 0,642 + 0,094 = 130,614 (mΩ)

- Tổng trở tổng hợp đối với điểm ngắn mạch N2

Z∑2=√r∑22

+x∑22

=√65,043 2 +130,614 2

=143,754(mΩ)

- Dòng điện ngắn mạch tại N2 là :

I N 2= U

√3 × Z∑2=

400

√3 × 143,754=1,606(KA)

- Dòng điện xung kích

i xkN 2=√2 ×1,3 ×1,606=2,952(KA)

Chương 6: Kết luận

Với những kiến thức đã được trang bị, tìm hiểu sách vở, đồng thời được sự giúp đỡ của thầy giáo hướng dẫn T.S.Nguyễn Hữu Quyền chỉ bảo cùng với sự nỗ

lực của bản thân đến nay em đã hoàn thành bài tập lớn của mình “ thiết kế cung cấp điện cho xưởng nhôm”

Trong bài tập lớn này em đã kết hợp kiến thức lí thuyết và thực tế tuy nhiên vẫn còn nhiều thiếu sót Rất mong nhận được sự góp ý và bổ sung của thầy để bài tập lớn này có thể hoàn thiện hơn