thiết kế cấp điện cho xưởng sửa chữa cơ khí

CHƯƠNG I.XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁNCỦA PHÂN XƯỞNG Tính toán phụ tải điện là công việc bắt buộc và đầu tiên trong mọi côngtrình cung cấp điện , giúp cho việc thiết kế lưới điện về sau của

LỜI NÓI ĐẦU

Trong tình hình kinh tế -xã hội nước ta hiện nay,công nghiệp giữ một vai trò hét sức quan trong trong mạng tính quyết định trong nền kinh tế.Trong đố điện giữ vai trò xương sống của công nghiệp.nó có liênquan đến tất cả các nghành công nghiệp,kinh tế,lĩnh vực của đời sống

Để đảm bảo yêu cầu to lớn đó chúng ta cần phải thiết kế hệ thống điện

an toàn và tin cậy

Do đó đồ án thiết kế cung cấp điện là bắt buộc đối với sinh viên ngành hệ thống điện.Quá trình thiết kế hệ thống điện sẽ giúp chúng ta cócái nhìn tổng quát về hệ thống điện cũng như các thiết bị điện đươcj sử dụng

Với đồ án” thiết kế cấp điện cho xưởng sửa chữa cơ khí” sau một thời gian làm đồ án dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Th.S Nguyễn

Đức Minh, đến nay về cơ bản em đã hoàn thành nội dung của đồ

án.Nhưng vẫn còn nhiều sai sót,em rất mong được sự chỉ bảo của thầy giáo để đồ án được hoàn thiện

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.S Nguyễn Đức Minh đã

giúp đỡ em thực hiện đồ án này

Hà nội,tháng 6 năm 2010

Sinh viên thực hiện

Tạ Ngọc Hưng

CHƯƠNG I.XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN

CỦA PHÂN XƯỞNG

Tính toán phụ tải điện là công việc bắt buộc và đầu tiên trong mọi côngtrình cung cấp điện , giúp cho việc thiết kế lưới điện về sau của người kĩ

sư Phụ tải tính toán có giá trị tương đương với phụ tải thực tế về mặthiệu ứng nhiệt , do đó việc chọn dây dẫn hay các thiết bị bảo vệ cho nó

sẽ được đảm bảo

Có nhiều phương pháp tính toán phụ tải điện như phương pháp hệ sốnhu cầu , hệ số tham gia cực đại Đối với việc thiết kế cung cấp điệncho phân xưởng sửa chữa cơ khí , vì đã có các thông tin chính xác vềmặt bằng bố trí thiết bị , biết đựoc công suất và quấ trình công nghệ củatừng thiết bị nên ta sử dụng phương pháp hệ số nhu cầu để tổng hợpnhóm phụ tải động lực Nội dung chính của phưong pháp như sau :

- Thực hiện phân nhóm các thiết bị có trong xưởng, mỗi nhóm đó sẽ được cung cấp điện từ 1 tủ động lực riêng , lấy điện từ 1 tủ phân phối chung Các thiết bị trong nhóm nên có vị trí gần nhau trên mặt bằng phân xưởng Các thiết bị trong nhóm nên có cùng chế độ làm việc , số lượng thiết bị trong 1 nhóm không nên quá 8 vì gây phức tạp trong vận hành , giảm độ tin cậy cung cấp điện

- Xác định hệ số sử dụng tổng hợp của nhóm thiết bị theo biểu thứcsau :

k sd Σ

=

ΣP i .k sdi

ΣP i

- Xác định số lượng thiết bị hiệu dụng của mỗi nhóm nhd ( là 1 số quiđổi gồm có nhd thiết bị giả định có công suất định mức và chế độ làmviệc như nhau và tiêu thụ công suất đúng bằng công suất tiêu thụ củanhóm thiết bị thực tế ) Các nhóm ở đây đều trên 4 thiết bị nên ta xácđịnh tỷ số k

Danh mục các thiết bị,số lượng và công suất của các thiết bị :

TT Tên máy số lượng Pdm(kW) Udm(V) cosφ ksd

8 Máy nén khí 4 30 380 0,6 0,16

1.Xác định phụ tải chiếu sáng cho phân xưởng.

Phụ tải tính toán được tính theo công suất phụ tải chiếu sáng trên mộtđơn vị diện tích.Công thức tính là:

F : diện tích cần được chiếu sáng

diện tích chiếu sáng toàn phân xưởng F = 20x25=500m2

Như vậy ta có :

Pcs = 12x500 = 6000 (W) = 6 kW

2.Phụ tải thông thoáng và làm mát.

Phân xưởng trang bị 20 quạt trần mỗi quạt có công suất là 120 W và 10 quạt hút mỗi quạt 80 W, hệ số công suất trung bình của nhóm là 0,8;

Tổng công suất chiếu sáng và làm mát là:

Plm = 20.120 +10.80 = 32000 W = 3,2 kW

3.Phụ tải động lực

Trước khi tính toán cần qui các phụ tải làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp

lại về chế độ làm việc làm việc dài hạn , theo công thức :

P = Pđặt √ε , kW

Trong đó :

- Pđăt : là công suất của phụ tải lấy theo trong bảng 1.2 , tức là công suất

định mức của phụ tải

- P : công suất qui về chế độ làm việc dài hạn của thiết bị

- ε : hệ số tiếp điện của thiết bị

Như vậy , phụ tải 35 máy biến áp hàn có ε = 0,4 là :

4 Lò điện để hoá cứngkim loại 1 4 380 0,6 0,16

- Hệ số công suất của phụ tải nhóm 1:

2 lò điện để hoá cứng linhkiện 2 4 380 0,6 0,16

Phụ tải nhóm 3

TT tên máy số lượng Pdm(kW) Udm(V) cosφ ksd

3 lò điện để hoá cứng linhkiện 1 4 380 0,6 0,16

Phụ tải nhóm 4

TT tên máy số lượng Pdm(kW) Udm(V) cosφ ksd

2 lò điện để hoá cứng linhkiện 2 4 380 0,6 0,16

TT phụ tải ksdi cosφi Pni

- An toàn và liên tục cấp điện

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

TBA Hướng điện vào

- Thao tác, vận hành, quản lý dễ dàng

- Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành nhỏ

- Bảo đảm các điều kiện khác như cảnh quan môi trường, cókhả 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 các thiết bị trong phân xưởng 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 Vì vậy ta đật máy phía ngoài nhà xưởng ngay sát tường như minh hoạ dưới đây Khi xây dựng ở bên ngoài như thế cần chú ý đến điều kiện mỹ quan

Sơ đồ bố trí máy biến áp

1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng

- Hệ số điền kín đồ thị có thể được xác định theo biểu thức:

Kdk = S tb

S M = T M

8760= 45008760=0,51 < 0,75Như vậy máy biến áp có thể làm việc quá tải 40% trong khoảngthời gian cho phép không quá 6 giờ

- Dựa vào sơ đồ mặt bằng nhà xưởng, vì ở góc phía cửa ra vào không cóphụ tải, nên ta có thể đặt trạm biến áp ở bên trong, ngay sát tường nhàxưởng, tiết kiệm được dây dẫn của mạng hạ áp

2 Chọn công suất và số lượng máy biến áp.

S ∑ = 259,578 kVA

Ta chọn công suất và sô lượng máy biến áp 22/0,4 kV theo 2

phương án sau:

Phương án 1: dùng 2 máy 2.180 kVA

Phương án 2: dùng 1 máy 320 kVA

Các tham số của máy biến áp do Việt Nam chế tạo cho trong bảng sau:

Bảng số liệu các máy biến do Việt Nam sản xuất

Hàm chi phí tính toán quy đổi cho từng phương án:

Z = p.V + C + Yth đ/năm

C: thành phần chi phí do tổn thất C = ∆A.c∆

Với c∆ : giá thành tổn thất điện năng

Yth : thiệt hại do mất điện

Yth = g th A th =g th .P th t f

g th : đơn giá do thiệt hại mất điện,với các xí nghiệp có thể lấy 5000– 25000 đ/kWh

P th: công suất thiêu hụt trong khi mất điện

t f :thời gian mất điện,với trạm biến áp tiêu thụ là 24h/năm

Hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn đầu tư:

atc =

Th là tuổi thọ của trạm biến áp lấy bằng 25 năm

Hệ số khấu hao của trạm biến áp thể lấy bằng 6,4 % tra bảng 31.pl(TK1)

Như vậy máy biến áp có thể làm việc quá tải khi xảy ra sự cố,

thời gian tổn thất công suất cực đại τ có thể được xác định theo biểu thức sau:

τ =(0,124 +T M 10−4).8760= ( 0,124+4500.10 −4 ) 8760

= 5028(h)

Tổn thất trong máy biến áp được xác định theo biểu thức:

3 Tổn thất điện năng ΔA, 103kWh/năm 47,71 40,66

5 Thiệt hại do mất điện Yth, 106đ/năm 2,754 5,504

6 Tổng chi phí qui đổi Z, 106đ/năm 68,595 50,759

Ta thấy phương án 2 có chi phí qui đổi nhỏ nhất Vậy ta đặt trạmbiến áp gồm 1 máy 320 kVA

CHƯƠNG III.LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

CẤP ĐIỆN CHO XƯỞNG

Khi thiết kế cung cấp điện cho một công trình nhiệm vụ của người thiết kế là phải xác định được phương án cấp điện hợp lý nhất.Bởi vì nó

sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến việc vận hành,khai thác và phát huy hiệu quả của công trình.

Một phương án cấp điện cần thoải mãn những yêu cầu:

 Đảm bảo chất lượng điện năng

 Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

 Thuận tiện trong việc vận hành,khai thác sửa chữa

 Chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật hợp lý

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

- An toàn và liên tục cấp điện

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

- Thao tác, vận hành, quản lý dễ dàng

- Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành nhỏ

- Bảo đảm các điều kiện khác như cảnh quan môi trường, cókhả 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

Ta chọn dây dẫn cao áp từ nguồn điện vào trạm biến áp là dâynhôm, dây dẫn hạ áp là cáp đồng 3 pha mắc trong hào cáp

1.Ta đưa ra 2 phương án đi dây.

MBA

MBA

Mật độ dòng kinh tế ứng với TM = 4500 h của cáp đồng jkt = 3,1(A/mm2 )

Vậy tiết diện dây cáp là:

- Dòng điện chạy trong dây dẫn từ tủ phân phối đến tủ động lực

Vậy tiết diện dây cáp là:

TT Tên máy I,(A) Ftt,mm2 Flc r0(Ω) x0(Ω)

1 Búa hơi để rèn 37,98 12,25 16 1,15 007

3 Lò chạy bằng điện 63,3 20,42 25 0,74 0,066

4 Lò điện để hoácứng kim loại 10,13 3,27 4 4,85 0,09

5 thiết bị tôi cao tần 63,3 20,42 25 0,74 0,066

Tính toán tương tự đối với các máy động lực khác trong nhóm 1

4 Lò điện để hoá cứng linhkiện 10,13 10

2 lò điện để hoá cứng linh kiện 10,13 10

3 lò điện để hoá cứng linh kiện 10,13 10

2 lò điện để hoá cứng linh kiện 10,13 10

b.tính tổn thất điện áp, điện năng và chi phi qui dẫn.

 Từ trạm biến áp đến tủ phân phối.

+ Vốn đầu tư đường dây:

Tra bảng 32,pl [TK 2] ta có suất vốn đầu tư đường dây v0 =1616.106 (đ/km), vậy:

+ Vốn đầu tư đường dây:

Tra bảng 32,pl [TK 2] ta có suất vốn đầu tư đường dây v0 =892.106 (đ/km), vậy:

Chi phí qui đổi(106 đ)

+ Vốn đầu tư đường dây:

Tra bảng 32.pl [TK 2] ta có suất vốn đầu tư đường dây v0 =

485.106 (đ/km), vậy:

V = v0.L = 485.106.3.10-3 = 0,97.106 (đ)

Chi phí quy đổi:

Z=p.V+C = (0,174.0,97+0,065).106 = 0,23.106 (đ/năm)

Từ tủ động lực đến các máy động lực khác được trình bày trong bảng sau :

TT Tên máy chiềudài

(l)

tổn thấtđiện áp

∆U ,V

tổn thấtđiệnnăngkWh

vốn đầutư(106 đ)

Chi phíqui đổi(106 đ)

3 Lò chạy bằngđiện 1 0,054 0,06 0,576 0,10

4 Lò điện để hoácứng kim loại 2 0,052 15,01 0,53 0,11

5 thiết bị tôi caotần 1 0,054 0,06 0,576 0,10

0,73

Đối với các tủ động lực khác đến các máy động lực ta coi tổng chi phi quy dẫn tương đương với từ tủ động lực 1 đến các máy động lực của nó.Như vậy tổng chi phí quy dẫn của tủ động lực đến các máy động lực của phương án 1 là 2,92.106 đ

2.2.phương án 2

a.chọn dây

Ta đã tính được ở phương án 1 (do các thong số kĩ thuật giống phương

án 1

b.tính tổn thất điện áp, điện năng và chi phi qui dẫn.

 Từ trạm biến áp đến tủ phân phối.

Do khoảng cách từ trạm biến áp đến tủ phân phối là rất nhỏ nên tổn thấtđiện áp, điện năng và chi phí quy dẫn coi như không đáng kể

C = ΔA.cΔ = 747,13.1000 = 0,75.106 (đ/năm)

+ Vốn đầu tư đường dây:

Tra bảng 32,pl [TK 2] ta có suất vốn đầu tư đường dây v0 =892.106 (đ/km), vậy:

V = v0.L = 892.9.106.10-3 =8,03 106 đ/năm

- Chi phí quy đổi:

Z = pV+C = 0,174.8,03+ 0,75 = 2,15.106 đ/năm

Tính toán tương tự ta có số liệu trong bảng sau

Tủ

đl tổn thất điện áp∆U ,V tổn thất điệnnăng kWh

vốn đầu tư(106 đ)

Chi phí qui đổi(106 đ)

Tương tự như ở phương án 1

Tổng chi phí quy đổi của phương án 1 là : 46,071.106 đ/n ăm

Tổng chi phí quy đổi của phương án 2 là :26,17.106 đ/n ăm

Như vậy phương án 2 là tối ưu nhất

CHƯƠNG IV.LỰA CHỌN CÁC PHẦN TỬ TRONG

K1= 1:là hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ, kể đến sự chênh lệch nhiệt

độ giữa môi trường làm việc và môi trường nhân tạo

K2= 0,87:là hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ kể đến số cáp đặt trongmột rãnh

Icp :dòng cho phép tiêu chuẩn của dây dẫn

Vậy cáp đã chọn đạt yêu cầu

Tính toán tương tự cho các máy động lực khác ta đựợc kết quả trong bảng sau :

TT Tên máy P dm Q dm I tt F tc I cp r 0 ∆U x 0

2 Tính toán ngắn mạch :

Ngắn mạch là sự cố nghiêm trọng trong hệ thống điện Dòng điệntrong khi xảy ra ngắn mạch rất lớn , làm phát nhiệt lớn , có thể phá hỏngthiết bị Vì vậy việc tính ngắn mạch có ý nghĩa quan trọng , các kết quảtính sẽ là cơ sở cho việc chọn các thiết bị bảo vệ và kiểm tra ổn địnhnhiệt của dây giúp cho làm việc an toàn , bảo vệ tính mạng con người vàtài sản

Các điểm cần tính ngắn mạch là :

N1 : Ngắn mạch ngay tại thanh cái trạm biến áp để kiểm tra điều kiện

ổn định nhiệt của nó

N2: thanh cái tủ phân phối hạ áp để kiểm tra aptômat tổng

N3 : 1 tủ động lực đại diện xa nhất là tủ 4 để kiểm tra aptômát nhánh N4 : 1 động cơ đại diện xa nhất là động cơ 25 để kiểm tra aptômátcho các động cơ

N4

N1 N2 N3

XHT ZBA ZPP ZÐL ZÐC

Các vị trí tính ngắn mạch.

Xác định điện trở của các phần tử , tính trong hệ đơn vị có tên Chọn Ucb

= 0,4 kV Theo bảng số liệu 1.1 ta có công suất ngắn mạch là : Sk =MVA Điện kháng hệ thống :

I(3)k3 = U

√3.Z k 3=400√3.44,93.10

3=5,14.103

(A) = 5,14(kA)Dòng điện xung kích là :

Ixk3 = qxk = 1,09.0,577= 0,63 (kA)

3.Chọn thiết bị bảo vệ và đo lường.

Các thiết bị này phục vụ cho việc bảo vệ mạch điện , hỗ trợ cho mạch điện làm việc tin cậy , an toàn , và giúp cho việc đo lường được chính xác

a.Phía cao áp.

+Cầu chảy cao áp :

Cầu chảy cao áp giúp ngắt điện khi xảy ra sự cố phía cao Cầu chảy nàyrơi khi có sự cố giúp dễ phát hiện

Dòng điện làm việc bình thường phía cao áp :

+Lựa chọn dao cách ly

Dao cách ly làm nhiệm vụ cách ly giữa đường dây trung áp và trạmbiến áp Phục vụ cho việc kiểm tra, bảo dưỡng và sửa chữa các thiết bị trạm biến áp.

Điều kiện chọn dao cách ly là:

+Chọn thanh cái hạ áp của trạm biến áp

Thanh cái hạ áp nhận điện từ máy biến áp và phân phối cho các nhánh.Các điều kiện chọn và kiểm tra thanh góp:

Dòng điện phát nóng lâu dài cho phép:

K1.K2.Icp ≥ Icb

Trong đó:

K1=1 khi thanh cái đặt đứng

K1=0,95 khi thanh cái đặt ngang

K2: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trườngDòng điện chạy qua thanh cái xác định

l : khoảng cách giữa các sứ của 1 pha, cm

a : khoảng cách giữa các pha, cm

Mômen uốn:

M=1,76.10−8.l

2.i2xk 1 10.a =1,76.10−8.125

Căn cứ vào dòng làm việc ta chọn aptomat loại NC125H do hãng MerlinGerin của Pháp chế tạo với dòng định mức là 125A

4.Chọn aptomat bảo vệ.

a.Chọn aptomat cho từng nhóm động lực

Dòng khởi động AT được tính theo công thức:

+ Ini là dòng làm việc của các động cơ lúc bình thường

+ αmm : hệ số phụ thuộc chế độ mở máy của động cơ Các động

cơ có chế độ mở máy nhẹ nên lấy bằng 2,5

 Nhóm 1:

lò điện hóa cứng linh kiện 4 0,6 2,5 0,38 10,13

15 kA

Nhóm 2

(kV) (kV)

2 lò điện để hoá cứnglinh kiện 4 0,6 2,5 0,38 10,13

3 thiết bị để tôi bánhrăng 20 0,6 2,5 0,38 50,64

4 thiết bị tôi cao tần 25 0,6 2,5 0,38 63,3

15 kA

Nhóm 3

TT Tên máy (kV)Pdm Cosφ α U(kV)dm Itt (A)

3 lò điện để hoácứng linh kiện 4 0,6 2,5 0,38 10,13

4 thiết bị để tôibánh răng 20 0,6 2,5 0,38 50,64

5 thiết bị tôi caotần 25 0,6 2,5 0,38 63,3

= 586,9Căn cứ vào dòng làm việc ta chọn aptomat loại NS 600E do hãng Merlin Gerin của Pháp chế tạo với dòng định mức là 600A; UdmAT= 500V;Icdm=

15 kA

Nhóm 4.

TT Tên máy (kV)Pdm Cosφ α (kV)Udm Itt (A)

2 lò điện để hoácứng linh kiện 4 0,6 2,5 0,38 10,13

3 thiết bị tôi caotần 25 0,6 2,5 0,38 63,3

= 565,39Căn cứ vào dòng làm việc ta chọn aptomat loại NS 600E do hãng Merlin Gerin của Pháp chế tạo với dòng định mức là 600A; UdmAT= 500V;Icdm=

+ kt : là hệ số tải của động cơ, lấy kt=1

+ αmm : hệ số phụ thuộc chế độ mở máy của động cơ Các động cơ

có chế độ mở máy nhẹ nên lấy bằng 2,5

+ Itt :là dòng làm việc lâu dài lớn nhấtchạy qua cầu chì và bằng dòng định mức của các động cơ

Tính toán tiêu biểu cho một động cơ là búa hơi để rèn:

Chọn cầu dao của siemens sản xuất có Idm= 80(A)

Cầu chì 5SF1-40 của siemens sản xuất có Idc= 100 (A)

Kết quả tính toán cho từng động cơ tương tự, ta có bảng sau:

(kW) U(V) Cosφđm (A)Itt (A)Idc cầu dao cầu chì

1 Búa hơi rèn 15 380 0,6 37,98 75,96 5TE7412 5SF1 40

2 Máy hàn 2,2 380 0,35 4,78 9,56 5TE7112 5SF1 01

3 Lò chạy bằngđiện 25 380 0,6 63,31 158,26 5TE7512 5SF1214

4 Lò điện để hóacứng linh kiện 4 380 0,6 10,13 20,26 5TE7412 5SF1 01

5 Thiết bị tôi caotần 25 380 0,6 63,3 158,26 5TE7512 5SF1214

6 Máy ép ma sát 10 380 0,6 25,32 50,64 5TE7512 5SF1214

 nhóm 2