Đồ Án Cung Cấp Điện Cho Phân Xưởng Sửa Chữa Thiết Bị Điện

Trong chương trình đào tạo dành cho sinh viên trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh thì môn học cung cấp điện là một môn học rất quan trọng của ngành ĐiệnĐiện Tử. Việc làm đồ án môn học này là tất yếu và là kết quả của sự vận dụng các kiến thức đã học vào thực tế để thiết kế cung cấp điện cho một phân xưởng, cũng vì thế mà đồ án môn học này sẽ giúp sinh viên có thể hiểu rõ hơn những gì đã học ở lý thuyết mà chưa có dịp để ứng dụng vào thực tiễn và có thể hình dung được ý nghĩa của bộ môn cung cấp điện trong ngành ĐiệnĐiện Tử. “ Thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng sửa chửa thiết bị điện là nhiệm vụ của môn học này ” là cơ sở cho công việc của sinh viên sau này.

LỜI NÓI ĐẦU

*Ý nghĩa môn học Đồ Án Cung Cấp Điện

Ngày nay trong sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa toàn cầu cũng như hiện đạihóa đất nước thì công nghiệp nặng hay công nghiệp nhẹ cũng như dịch vụ đều cần đếncông nghiệp điện năng Vì thế công nghiệp điện năng nắm giữ một vai trò hết sức quantrọng bởi vì điện năng là nguồn năng lượng được sử dụng rộng rãi nhất trong nền kinh tếquốc dân Nó đóng góp vai trò vô cùng quan trọng trong việc phát triển kinh tế kinh tế củađất nước và đặc biệt là trong các xí nghiệp, nhà máy Theo thống kê thì có khoảng 70%điện năng sản xuất ra được dùng trong các xí nghiệp, nhà máy công nghiệp Vì vậy việcđảm bảo nhu cầu cung cấp điện liên tục cho xí nghiệp, nhà máy là một vấn đề bức thiếtđược đặt ra

Cũng với sự phát triển mạnh mẽ về kinh tế thì nhu cầu điện năng sử dụng trong tất

cả các ngành công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ đều tăng lên không ngừng Do điện năngkhông phải là nguồn năng lượng vô hạn nên để các công trình điện sử dụng điện năng mộtcách có hiệu quả nhất (cả về độ tin cậy về cung cấp điện cũng như độ tin cậy về kinh tế)thì ta phải thiết kế cung cấp điện cho các công trình này

Thiết kế hệ thông cung cấp điện là một việc làm vô cùng khó Một công trình điện

dù nhỏ thế nào cũng yêu câu hay đòi hỏi kiến thức tổng hợp từ nhiều chuyên ngành hẹpnhư (Cung cấp điện, thiết bị điện, kỹ thuật điện cao áp, hệ thống điện, an toàn điện,…).Ngoài ra người thiết kế còn phải có sự hiểu biết nhất định về xã hội, môi trường, về cácđối tượng cấp điện, về tiếp thị Công trình thiết kế qua dư thừa sẽ dẫn đến lãng phí đất đai,nguyên vật liệu, tiền của làm ứ động vốn đầu tư Công trình thiết kế sai sẽ dẫn đến nhữnghậu quả nghiêm trọng (Gây sự cố mất điện, thiệt hại cho sản phẩm, gây cháy nổ làm thiệthại đến tài sản và tiền của của nhân dân)

Trong chương trình đào tạo dành cho sinh viên trường Đại Học Sư Phạm Kỹ ThuậtThành Phố Hồ Chí Minh thì môn học cung cấp điện là một môn học rất quan trọng củangành Điện-Điện Tử Việc làm đồ án môn học này là tất yếu và là kết quả của sự vậndụng các kiến thức đã học vào thực tế để thiết kế cung cấp điện cho một phân xưởng,cũng vì thế mà đồ án môn học này sẽ giúp sinh viên có thể hiểu rõ hơn những gì đã học ở

lý thuyết mà chưa có dịp để ứng dụng vào thực tiễn và có thể hình dung được ý nghĩa của

bộ môn cung cấp điện trong ngành Điện-Điện Tử “ Thiết kế cung cấp điện cho phânxưởng sửa chửa thiết bị điện là nhiệm vụ của môn học này ” là cơ sở cho công việc củasinh viên sau này

Với đề tài thiết kế của môn học này là: “ Thiết kế hệ thống cung cấp điện choxưởng sửa chửa thiết bị điện ” Trong qua trình làm đồ án môn học này đã nhận được sựchỉ bảo tận tình cũng như sự hướng dẫn của thầy Th.S Lê Công Thành

1

Mặc dù đã cố gắng để làm được đồ án môn học này một cách hoàn thiện nhất cũngnhư một cách tốt nhất nhưng chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót do chưa cókinh nghiệm cũng như mới lạ so với môn học này Vì vậy rất mong nhận được sự chỉ bảo

và nhận xét thẳng thắng của thầy cô và bạn bè để có được một nhận thức đúng đắn nhất

về môn học này cũng như là công việc thiết kế sau này

*Nội dung thực hiện bao gồm:

-Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng

-Chọn phương án đi dây

-Chọn dây dẫn và khí cụ bảo vệ

-Tính tổn thất của mạng điện phân xưởng..

-Tính dung lượng bù cho công suất phản kháng

*Phương pháp thực hiện:

Dựa vào sự hướng dẫn của thầy Th.S Lê Công Thành, cùng với đó là áp dụngnhững gì đã học được từ môn học Cung cấp điện (lý thuyết) để tính toán thiết kế hệ thốngcung cấp điện cho xưởng sửa chửa thiết bị điện

Tham khảo tất cả tài liệu có liên quan cũng như các catologe thiết bị đèn, CB,… từnhà sản xuất để tính toán một cách chính xác nhất

CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI

3

1.1 Các số liệu ban đầu

1 Đặc điểm phân xưởng

- Kích thước:

Chiều dài: 10 m, chiều rộng: 30 m, chiều cao: 4.2m, diện tích : 300 m2

- Kết cấu xây dựng: thiết kế theo dạng nhà lắp ghép, kết cấu khung sắt có tường baoquanh, mái tole tráng kẽm, nền nhà lót bê tông chịu lực

- Môi trường làm việc trong phân xưởng: sạch, ít bụi, khô ráo và thông gió Nhiệt độtrung bình là 35℃

- Xưởng làm việc 3 ca trong một ngày

- Quy mô sản xuất, sản phẩm của phân xưởng: quy mô của phân xưởng trung bình,chủ yếu sửa chửa các thiết bị điện

- Yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện: phân xưởng thuộc hộ tiêu thụ điện loại 2, lấyđiện trực tiếp từ đường dây trung thế 22 kV

- Công suất ngắn mạch nguồn phía trung áp là 250MVA

2 Thông số và sơ đồ mặt bằng phụ tải điện

Công suất biểu kiến của thiết bị được xác định theo biểu thức:

n : là số thiết bị, K S: là hệ số đồng thời của nhóm thiết bị, K ui: là hệ số sử dụng củathiết bị thứ i trong nhóm thiết bị, S i: công suất biểu kiến của thiết bị thứ i trongnhóm thiết bị.

BẢNG 1.1 Thông số phụ tải điện của phân xưởng

ST

Sốlượng Pn(kW) cos 

1.3 Xác định phụ tải tính toán cho phân xưởng

1 Xác định phụ tải tính toán cho từng nhóm thiết bị

a Xác định phụ tải chiếu sáng phân xưởng Tiêu chuẩn áp dụng

* TCVN 3743-1983: Chiếu sáng nhân tạo nhà công nghiệp, các công trình công nghiệp.

* TCVN 7114-1-2008: Ecgonomi-Chiếu sáng nơi làm việc-Phần 1: Trong nhà

*TCVN 7114-3-2008: Egonomi-Chiếu sáng nơi làm việc-Phần 3: Chiếu sáng an toàn & Bảo vệ tại những nơi làm việc ngoài nhà

*TCVN 4400-1987: Kỹ thuật chiếu sáng-Thuật ngữ định nghĩa

* TCXDVN 259-200: Lắp đặt thiết bị chiếu sáng cho các công trình công nghiệp- Yêu cầu chung

Yêu cầu chung khi thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng

Trong phân xưởng ngoài chiếu sáng tự nhiên cần phải dùng chiếu sáng nhân tạo Thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng cần phải đáp ứng yêu cầu độ rọi và hiệu quả của chiếu sáng đối với thị giác

Ngoài ra, cần quan tâm đến màu sắc, lựa chọn các chao, chụp đèn, bố trí các đèn

để đảm bảo kinh tế, kỹ thuật, và tính mỹ quan

Tính toán phụ tải chiếu sáng

- Kích thước phân xưởng 10x30x4.2(m)

- Chức năng phân xưởng: sửa chữa thiết bị điện

- Môi trường làm việc ít bụi

Vì là ngành công nghiệp nhẹ nên chọn hệ số phản xạ như sau:

Từ bảng trên ứng với đèn Metal Halide môi trường làm việc ít bụi nên chọn môi trường

sử dụng trung bình cùng với chế độ bảo trì 36th => LLF=0,53

Chọn độ rọi yêu cầu

Theo yêu cầu có thể chọn độ rọi yêu cầu Eyc=200 lux

L L bd

Sơ đồ mặt bằng phân bố mạng điện chiếu sáng cho phân xưởng Kiểm tra tính đồng đều

7,5

2,592,9

b Xác định phụ tải tính toán cho phân xưởng

Xác định phụ tải tính toán cho các nhóm

+ Nhánh 1.2: S1.2=4,761KVA

+ Nhánh 2.1: S2.1=8,6085KVA

+ Nhánh 2.2: S2.2=6,777KVA

+ Nhánh 2.3: S2.3=8,4915KVA

Tính toán tương tự cho các nhánh để ra được bảng số liệu sau:

Bảng 1.2: Phụ tải tính toán cho từng nhánh

Tên nhóm

thiết bị

Ký hiệu trên mặt bằng

Công suất MBA cần thiết sử dụng cho công trình:

S T ≥ S tt

=>ST ≥ SMDB * 1,3 => Chọn MBA có công suất : ST ≥ 61*1,3 => ST ≥ 79,3KVA

=>Chọn MBA có công suất: 100KVA

CHƯƠNG 2 CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐI DÂY

11

2.1 Vạch phương án đi dây cho mạng điện phân xưởng

Có nhiều phương án đi dây trong mạng điện, dưới đây là 2 phương án phổ biến:

a) Phương án đi dây hình tia:

Trong sơ đồ hình tia, các tủ phân phối phụ được cung cấp điện từ tủ phân phối chínhbằng các tuyến dây riêng biệt Các phụ tải trong phân xưởng cung cấp điện từ tủ phânphối phụ qua các tuyến dây riêng biệt Sơ đồ nối dây hình tia có một số ưu điểm vànhược điểm sau:

 Ưu điểm:

- Độ tin cậy cung cấp điện cao

- Đơn giản trong vận hành, lắp đặt và bảo trì

- Sụt áp thấp

 Nhược điểm:

- Vốn đầu tư cao

- Sơ đồ trở nên phức tạp khi có nhiều phụ tải trong nhóm

- Khi sự cố xảy ra trên đường cấp điện từ tủ phân phối chính đến các tủ phân

phối phụ thì một số lượng lớn phụ tải bị mất điện

- Phạm vi ứng dụng: mạng hình tia thường áp dụng cho phụ tải tập trung

(thường là các xí nghiệp, các phụ tải quan trọng :loại 1 hoặc loại 2)

b) Phương án đi dây phân nhánh:

Trong sơ đồ đi dây theo kiểu phân nhánh ta có thể cung cấp điện cho nhiều phụ tải hoặc các tủ phân phối phụ.

Sơ đồ phân nhánh có một số ưu nhược điểm sau:

 Ưu điểm:

 Giảm được số các tuyến đi ra từ nguồn trong trường hợp có nhiều phụ tải

 Giảm được chi phí xây dựng mạng điện

 Có thể phân phối clang seat đều trên các tuyến dây

 Nhược điểm:

 Phức tạp trong vận hành và sửa chữa

 Các thiết bị ở cuối đường dây sẽ có độ sụt áp lớn khi một trong các thiết bị điện

trên cùng tuyến dây khởi động

 Độ tin cậy cung cấp điện thấp

Phạm vi ứng dụng : sơ đồ phân nhánh được sử dụng để cung cấp điện cho các phụ tải

công suất nhỏ, phân bố phân tán, các phụ tải loại 2 hoặc loại 3

c) Sơ đồ mạng hình tia phân nhánh :

Thông thường mạng hình tia kết hợp

phân nhánh thường được phổ biến nhất ở các nước, trong đó kích cỡ dây dẫn giảm dầntại mọi điểm phân nhánh, dây dẫn thường được kéo trong ống hay các mương lắp

ghép

 Ưu điểm:

Chỉ một nhánh cô lập trong trường hợp có sự cố (bằng cầu chì hay CB)

việc xác định sự cố cũng đơn giản hoá bảo trì hay mở rộng hệ thống điện, cho phépphần còn lại hoạt động bình thường, kích thước dây dẫn có thể chọn phù hợp với mứcdòng giảm dần cho tới cuối mạch

 Nhược điểm: Sự cố xảy ra ở một trong các đường cáp từ tủ điện chính sẽ cắt tất

cả các mạch và tải phía sau

Khi vạch phương án đi dây cho một phân xưởng ta cần lưu ý các điểm sau:

 Từ tủ phân phối đến các tủ động lực thường dùng phương án đi hình tia.

 Từ tủ động lực đến các thiết bị thường dùng sơ đồ hình tia cho các thiết bị côngsuất lớn và sơ đồ phân nhánh cho các thiết bị công suất nhỏ

 Các nhánh đi từ tủ phân phối không nên quá nhiều (n<10) và tải của các nhánh

có công suất gần bằng nhau

 Khi phân tải cho các nhánh nên chú ý dến dòng định mức của các CB chuẩn

 Đối với phụ tải loại 1 chỉ được sử dụng sơ đồ hình tia

2.2 Chọn sơ đồ đi dây cho mạng điện phân xưởng

Do đặc điểm của phân xưởng là phụ tải tập trung và phân xưởng thuộc hộ tiêu thụloại hai nên ta chọn phương án đi dây theo sơ đồ hình tia từ tủ phân phối chính đếncác tủ phân phối phụ và từ tủ phân phối phụ DB đến các thiết bị như sau:

SƠ ĐỒ ĐI DÂY MẠNG ĐIỆN PHÂN XƯỞNG

15

CHƯƠNG 3 CHỌN DÂY DẪN VÀ KHÍ CỤ ĐIỆN

BẢO VỆ

3.1 Tính toán chọn dây dẫn cho mạng điện phân xưởng (chiếu sáng và động lực)

- Dây cáp điện lực 2, 3, 4 ruột CVV : đây là loại cáp đồng nhiều sợi xoắn, có 2, 3 hoặc 4 ruột, cách điện bằng nhựa PVC Điện áp cách điện đến 660V Loại cáp này thườngđược dùng cho các động cơ 1 pha và 3 pha

- Dây và cáp điện lực AV : là dây nhôm hay nhôm lõi thép nhiều sợi xoắn, cách điện PVC, điện áp cách điện đến 660V, dùng cho mạng điện phân phối khu vực

- Dây đơn 1 sợi (nhiều sợi) VC : là dây đồng, một hoặc nhiều sợi, cách điện PVC, dùng thiết trí đường điện chính trong nhà

- Cáp điện kế ĐK : là dây đồng nhiều sợi xoắn, có 2, 3 hay 4 ruột, cách điện PVC,

có lớp giáp nhôm, dùng dẫn điện từ đường dây vào đồng hồ điện

b Chọn loại cáp và dây dẫn: Phương pháp lựa chọn dây dẫn và cáp dựa trên các chỉ tiêu kỹ thuật sau:

- Nhiệt độ dây, cáp không được vượt quá nhiệt độ cho phép quy định bởi nhà chế tạo trong chế độ vận hành bình thường cũng như trong chế độ vận hành sự cố khi xuất hiện ngắn mạch

- Độ sụt áp không được vượt quá độ sụt áp cho phép

- Dựa vào các chỉ tiêu kỹ thuật trên ta chọn cáp và dây dẫn của hãng CADIVI cho mạng điện phân xưởng như sau:

17

- Từ MBA đến tủ phân phối chính MDB chọn cáp điện lực CV đơn lõi, có cách điện PVC cho 3 dây pha A B C và một dây trung tính N Trong đó dây trung tính N có tiếtdiện bằng ½ tiết diện dây pha

- Đường dây từ tủ phân phối chính MDB đến các tủ phân phối phụ DB ta chọn cáp điện lực CV 1 lõi, ruột đồng nhiều sợi có cách điện PVC cho 3 dây pha A B C và một dâytrung tính N

- Đối với đường dây từ tủ phân phối phụ DB đến các động cơ ta chọn cáp CVV 3 lõi, cách điện bằng PVC, ruột đồng nhiều sợi

2.Chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng :

Dây dẫn được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép sẽ đảm bảo cho cách điện của dây dẫn không bị phá hỏng do nhiệt độ của dây dẫn đạt đến trị số nguy hiểm cho cáchđiện của dây Điều này được thực hiện khi dòng điện phát nóng cho phép của dây, cáp phải lớn hơn dòng điện làm việc lâu dài cực đại chạy trong dây dẫn

Icp≥ I lvmax

k

Trong đó:

-Icp : Dòng điện làm việc lâu dài cho phép của cáp và dây dẫn (A)

- K : Hệ số điều chỉnh theo điều kiện lắp đặt thực tế

 Nếu dây, cáp không chôn dưới đất thì K= K1.K2.K3 với:

- Hệ số K1 xét đến ảnh hưởng của cách lắp đặt

- Hệ số K2 xét đến số mạch dây, cáp trong một hàng đơn

- Hệ số K3 xét đến nhiệt độ môi trường khác 30oC

 Nếu dây, cáp chôn ngầm trong đất thì K= K4.K5.K6.K7 với:

a Chọn loại cáp và dây dẫn:

Chế độ làm việc lâu dài

Chế độ ngắn mach

Để đảm bảo cho các thiết bị không bị hư hỏng khi có sự cố xảy ra thì các khí cụ bảo vệphải tác động nhanh khi có sự cố ngắn mạch hay quá tải, còn đối với dây dẫn thì phải đảmbảo về điều kiện cơ khí và phát nóng cho phép cũng như tổn thất điện áp trên đường dây.Ngoài ra việc lựa chọn dây dẫn và các thiết bị bảo vệ phải đảm bảo về kinh tế và kỹ thuật

b Chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng

Dây dẫn và cáp hạ áp cho phân xưởng được chọn theo điều kiện phát nóng cho phép vàkiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp

Vì khoảng cách từ tủ phân phối đến tủ động lực cũng như từ tủ động lực đến từng thiết bị

là ngắn, nếu như thời gian làm việc của các máy ít thì việc lựa chọn theo dòng phát nóng

sẽ đảm bảo về chỉ tiêu kỹ thuật cũng như ít lãng phí về kim loại màu

Tính toán chọn tiết diện dây dẫn/cáp từ tủ động lực đến động cơ

Ilvmax1.1 = Kr.In

Với Kr là hệ số hiệu chỉnh dòng định mức của CB

Kr = 0,8 – 1 đối cới CB có cơ cấu từ nhiệt

Kr = 0,4 – 1 đối cới CB có cơ cấu điện từ

Vậy chọn dòng Ilvmax1.1 = Kr.In = 0,85.16 = 13,6A chọn MCCB ứng với hệ số hiệu chỉnhKr=0.85

k



Trong đó:

+ Ilvmax là dòng điện làm việc lâu dài cực đại chạy trong dây dẫn

+ Icp1.1 là dòng làm việc lâu dài cho phép của cáp và dây dẫn (A)

19

+ khc là hệ số điều chỉnh theo điều kiện lắp đặt thức tế.

+ k2 là hệ số xét đến số mạch dây, cáp trong một hàng đơn.(*2)2

+ k3 là hệ số xét đến nhiệt độ môi trường khác 30oC có thể hiệu chỉnh.(*3)3

Tra bảng 3 dây dẫn do CADIVI sản xuất:

Chọn dây cáp CVV 3 bọc cách điện bằng PVC có thông số sau:

Tổng công suất chiếu sáng cho phân xưởng trong nhánh 3.1

=> Chọn CB hai cực có mã hiệu BH-D6 có Iđm=6A

Căng cứ bảng 4 phụ lục:

=>Chọn dây dẫn cáp mềm 2 sợi có thông số sau:

Tương tự tính toán tương tự cho các nhanh sau và được bảng sau:

Tính toán tiết diện dây dẫn/cáp từ tủ MDB đến DB

Tuyến dây đi từ tủ phân phối chính đến tủ động lực thì đi 4 dây (3 dây pha và một dâytrung tính ) và đi trên máng cáp, một mạch, bọc cách điện PVC, nhiệt độ môi trường

34 1.1.1

Tương tự tính toán chọn dây dẫn từ MDB đến DB2

Chọn dây cáp điện lực CV-11 cho 3 dây pha và dây trung tính.

Tính toán tiết diện dây dẫn/cáp từ tủ MDB đến DLB

Tổng công suất chiếu sáng cho phân xưởng trong nhánh 3.1

maxcs r z 0,9.6 5, 4

I  K I   A

max 5, 4

5, 4 1.1.1

Chọn dây cáp VC-1.0 một sợi cho 3 dây pha và 1 dây trung tính

Tính toán tiết diện dây dẫn/cáp từ trạm biến áp đến tủ phân phối chính (MDB)

Dòng làm việc của toàn phân xưởng là:

Kết hợp với MCCB bảo vệ chọn MCCB có dòng định mức Iz=150A

Chỉnh dòng định mức của MCCB với hệ số điều chỉnh Kr=0,85

Trong mạng hạ áp: có 3 loại CB chính:

-MCCB (Model Case Circuit Breaker): đây là loại CB vỏ đúc, thường là loại CB 3 pha

Có cấu tạo bao gồm: tiếp điểm đóng cắt, buồng dập hồ quang, rơle nhiệt, rơle từ, tay gạt, nút gạt, và một số phụ kiện khác Loại CB này có dòng định mức từ 16A đến 2500A hoặclớn hơn và có khả năng cắt dòng ngắn mạch từ 25KA đến 100KA MCCB này thường được trang bị cho những đường dây có công suất lớn như ngõ vào của các tủ điện chính

và ngõ vào của tủ điện phụ

-MCB (Miniature Circuit Breaker): đây là thiết bị đóng cắt loại nhỏ, thường có dòng định

mức từ 6A đến 63A, dòng cắt ngắn mạch 3, 6, 10KA MCB có thể được chế tạo loại 1,2,3hoặc 4 cực MCB thường được trang bị cho những đường dây có tải nhỏ, thường là các