(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế cung cấp điện cho xí nghiệp công nghiệp

Nhiệm vụ thiết kế: -Xác định phụ tải cho xí nghiệp -Xác định sơ đồ nối cho mạng điện -Tính toán điện -Tính toán ngắn mạch -Chọn và kiểm tra thiết bị điện -Tính toán bù công suất -Tính to

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIỆP

GVHD: NGUYỄN XUÂN PHÚ SVTH : NGUYỄN VĂN KHÔI MSSV: 09302018

SKL005399

Tp Hồ Chí Minh, tháng 01/2011

Trang 2

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: GVC.NGUYỄN XUÂN PHÚ

PHẦN I: THIẾT KẾ CCĐ CHO XÍ NGHIỆP CN

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NỘI DUNG ĐỀ TÀI I.Đề tài :

Thiết kế cung cấp điện cho một xí nghiệp công nghiệp gồm 13 phân xưởng đượclấy theo tên alphabe của người thiết kế Nguồn điện được lấy từ điểm đấu điện công suấtcực đại là TM = 5100h Phụ tải loại 1 và 2 chiếm 75% Trong phạm vi đồ án này của lưới22kV có tọa độ (457,57) công suất ngắn mạch là 180 MVA Thời gian sử dụng, ta giả sửrằng phụ tải loại 1 chiếm 50%, phụ tải loại 2 và loại 3 mỗi loại chiếm 25% Giá thành tổnthất điện năng c =1000đ/kWh, suất thiệt hại do mất điện gth = 4500đ/kWh, tổn hao điện

áp cho phép trong mạng hạ áp U cp =5%Udm

Nhiệm vụ thiết kế:

-Xác định phụ tải cho xí nghiệp

-Xác định sơ đồ nối cho mạng điện

-Tính toán điện

-Tính toán ngắn mạch

-Chọn và kiểm tra thiết bị điện

-Tính toán bù công suất

-Tính toán chiếu sáng, bảo vệ nối đất, chống sét (cho 1 phân xưởng đại diện)

Trang 3

II Bảng thống kê thiết bị của xí nghiệp:

Bảng 1.1: Bảng thống kê thiết bị của xí nghiệp

Trang 5

Trang 6

84 68 cosφ 0.82 0.83 0.83 0.76 0.78 0.81 0.68

Trang 7

CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA XÍ NGHIỆP

Khi thiết kế cung cấp điện cho một nhà máy, xí nghiệp thì một trong những côngviệc rất quan trọng mà ta phải làm đó là tiến hành xác định phụ tải tính toán cho nhà máy,

xí nghiệp đó

Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tảithực tế luôn biến đổi, gây ra cùng một hiệu ứng nhiệt lớn nhất trên dây dẫn và thiết bịđiện Nói cách khác, phụ tải tính toán cũng làm nóng dây dẫn lên tới nhiệt độ bằng nhiệt

độ lớn nhất do phụ tải thực tế gây ra Do vậy, về phương diện phát nóng, nếu chọn thiết bịđiện theo phụ tải tính toán thì có thể đảm bảo an toàn

I.Phân loại phụ tải :

Việc phân loại phụ tải có nhiều cách khác nhau nhưng xét trên phương diện yêucầu liên tục cung cấp điện thì có thể chia làm 3 loại phụ tải sau:

-Phụ tải loại 1: là phụ tải mà khi có sự cố ngừng cung cấp điện sẽ dẫn đến nguy hiểm tínhmạng con người, gây thiệt hại cho nền kinh tế quốc dân, gây ảnh hưởng không tốt đếnchính trị ngoại giao Đây là loại phụ tải không thể mất điện Vì vậy với phụ tải loại nàyphải được cấp điện từ 2 lộ dây

-Phụ tải loại 2: là phụ tải mà khi ngừng cung cấp điện sẽ dẫn đến thiệt hại về kinh tế do

đình trệ sản xuất, gây hư hỏng sản phẩm với phụ tải loại này thời gian mất điện cho phép

là khoàng 5-10 phút

-Phụ tải loại 3: gồm tất cả các phụ tải còn lại, phụ tải được thiết kế với độ tin cậy cungcấp điện không cao lắm Phụ tải này có thể mất điện trong thời gian tương đối dài

II.Các phương pháp xác định phụ tải tính toán:

Hiện nay có rất nhiều phương pháp để tính toán phụ tải tính toán.Thông thường những phương pháp tính toán đơn giản, thuận tiện lại cho kết quả không thật chính xác, còn muốn chính xác cao thì phải tính toán lại phức tạp Do vậy tùy theo giai đoạn thiết kế thi công và yêu cầu cụ thể mà chọn phương pháp tính toán cho thích hợp.

Trang 8

Nguyên tắc chung để xác định phụ tải tính toán của hệ thống là tính từ thiết

bị điện ngược trở về nguồn, tức là được tiến hành từ bậc thấp đến bậc cao của hệ thống cung cấp điện, và ta chỉ cần tính toán tại các điểm nút của hệ thống điện.

Việc xác định phụ tải tính toán nhằm mục đích:

-Chọn tiết diện dây dẫn lưới cung cấp và phân phối điện áp từ dưới 1000V trở lên -Chọn số lượng và công suất máy biến áp.

-Chọn tiết diện thanh dẫn của thiết bị phân phối.

-Chọn các thiết bị chuyển mạch và bảo vệ.

Sau đây là một vài phương pháp xác định phụ tải tính toán thường dùng: 1.Phương pháp công suất tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu:

Theo phương pháp này, công suất tính toán được xác định theo các biểu thức sau:

Ptt = ∑ knci.Pđmi (kW)

Ở đây: knci là hệ số nhu cầu thiết bị thứ i;

Pđm là công suất định mức của thiêt bị thứ i

Hệ số nhu cầu của các thiết bị khác nhau có thể tra ở sổ tay thiết kế.

Phương pháp này tính toán đơn giản, thuận tiện nhưng cho kết quả kém chính xác do hệ số nhu cầu là số liệu cho trước không phụ thuộc vào chế độ vận hành

và số thiết bị trong nhóm.

2 Phương pháp công suất tính toán trên một đơn vị diện tích sản suất:

Với các phân xưởng sản xuất có thiết bị phân bố đều trên diện tích sản suất

như phân xưởng may, phân xưởng dệt,…thì công suất tính toán có thể xác định

Trang 9

theo biểu thức sau: Ptt = p0.S (kW)

Trang 10

Ở đây: p0 là suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản suất (kW/m2); S là diện tích sản xuất.

Phương pháp này chỉ cho kết quả gần đúng và thường được dùng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ.

3 Xác định phụ tải tính toán theo suất chi phí điện năng trên một đơn vị sản phẩm.

Đối với các thiết bị tiêu thụ điện năng có đồ thị phụ tải phản kháng không thay đổi hoặc ít thay đổi, phụ tải tính toán được lấy bằng phụ tải trung bình trong

ca mang tải cực đại Các thiết bị thuộc nhóm phụ tải bao gồm các loịa quạt,quạt gió,máy bơm,các lò điện trở, công nghiệp hóa chất….Hệ số đóng của các thiết bị này bằng 1, hệ số mang tải thay đổi ít.

Trong đó :a0 - suất chi phí điện năng trên một đơn vị sản phẩm, kWh/đvsp M- số sản phẩm sản suất ra trong 1 ca hoặc trong 1 năm, đvsp ;

t- thời gian làm việc trong 1 ca hoặc 1 năm để làm ra số sản phẩm M Suất chi phí điện năng theo các loại hình sản phẩm được cho trong các sổ tay kỹ thuật.

(phương pháp hệ số nhu cầu) Khi cần nâng cao độ chính xác của phụ tải tính toán hoặc khi không có số

liệu cần thiết áp dụng các phương pháp tương đối đơn giản đã nêu ở trên thì ta dùng

phương pháp này :

Công thức tính như sau :

Ptt = Kmax.Ptb = Kmax.ksd.PđmHay Ptt = knc.Pđm

Trang 11

Phương pháp này cho một kết quả tương đối chính xác vì đã xét đến yếu tố quan trọng như số lượng thiết bị trong nhóm, số thiết bị có công suất lớn nhất và chế độ làm

III.Phụ tải các phân xưởng:

Để xác định phụ tải tính toán cho từng xí nghiệp trong phân xưởng ta áp

dụng phương pháp hệ số nhu cầu knc

Xác định phụ tải tính toán cho phân xưởng N:

1.Phụ tải động lực:

Tổng công suất của phân xưởng: P i = 52.9 (KW)

Xác định hệ số sử dụng tổng hợp của phân xưởng xác định theo biểu thức:

5 x 0.83 7.5 x0.38

=0.6

Do số lượng thiết bị n = 8 > 4 nên ta xác định số lượng hiệu dụng như sau:

Knc = kmax.ksd , với kmax = P tt

Trang 12

SVTH: NGUYỄN VĂN KHÔI -10- MSSV: 09302018

Trang 13

3.Xác định phụ tải tính toán của toàn phân xưởng N:

Trang 14

Vậy : S = 44.03 +j37.86 (KVA)

Trang 15

Bán kính tỷ lệ của đồ thị phụ tải: r

S m

Chọn m = 5KVA/mm2: tỉ lệ xích

1.92 mm5

Tính toán tương tự cho các phân xưởng khác ta được kết quả trong bảng:

Bảng 2.1: Phụ tải tính toán của các phân xưởng

Trang 16

SVTH: NGUYỄN VĂN KHÔI - 12 - MSSV: 09302018

Trang 17

Ta được đồ thị phân bố phụ tải cho xí nghiệp như sau:

Chú thích:

Hình 2.1: Đồ thị phân bố phụ tải

IV.Xác định phụ tải tính toán cho toàn xí nghiệp

Hệ số sử dụng tổng hợp của xí nghiệp được xác định tương tự như cho phân

xưởng, theo biểu thức

Hệ số nhu cầu của xí nghiệp: k

Trang 18

=> sin XN 0.7

Công suất tính toán của toàn xí nghiệp:

-Công suất biểu kiến:

=> S XN 391.2 + 385.7j (KVA)

Trang 19

Trang 20

CHƯƠNG III TÍNH CHỌN TRẠM BIẾN ÁP

Trạm biến áp là một phần tử rất quan trọng trong hệ thống điện Nó có nhiệm vụ chuyển đổi điện năng từ cấp này sang cấp khác để cung cấp cho các mạng điện tương ứng.Các loại trạm có thể lắp đặt :

-Trạm trong nhà, trong các buồng kín đặc biệt…

-Trạm ngoài trời, được lắp trên cột, hoặc trong các nhà lắp ghép…

Vị trí đặt trạm:

Trạm tốt nhất là được đặt tại tâm phụ tải của xí nghiệp nhưng trên thực tế còn phảixét đến nhiều yếu tố khác nữa cho nên việc đặt trạm được tại tâm phụ tải là rất khó Vị trítrạm cần thõa mãn các yêu cầu sau:

-An toàn và liên tục cung cấp điện

-Đặt với cấp điện áp cho phép thích hợp nhất

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

-Có khoảng không gian để mở rộng trạm trong tương lai

-Thao tác, vận hành dễ dàng

-Có khả năng phòng chống cháy nổ,ăn mòn

-Tiết kiệm vốn đầu tư vả chi phí vận hành

Số lượng và dung lương máy biến áp:

Số lượng máy biến áp phụ thuộc nhiều yếu tố như yêu cầu liên tục cung cấp điện, yêu cầu

về vận hành kinh tế trạm Đối với phụ tải loại 1 thường chọn 2 máy biến áp trở lên Tuy nhiên để đơn giản trong vận hành,trong một trạm không nên chọn quá 3 máy biến áp

Xác định trạm biến áp cho xí nghiệp:

Thay số vào ta tính được:

Trang 21

X

BA

58.16 29 52.4 6 50.12 63 51.67 14 31 180 50.1 138 42.28 48 26.34 110 67 210 77 117 66.84 8 77.8 98 46.48 84

58.16 52.4 50.1251.67 31 50.1 42.28 26.34 67 77 66.8477.846.48

94.7( m)

Vậy tọa độ trạm biến áp tính toán được là (97.8;94.7)

Nguồn cấp cho phân xưởng được lấy từ lưới 22kv,có tọa độ điểm đấu điện

là (457;57) và công suất ngắn mạch là Sk=180 MVA

II.Chọn dung lượng và số lượng máy biến áp trong trạm

Ta tính chọn công suất máy biến áp dựa vào công suất tính toán của phân xưởng có

xét đến tổn hao công suất

Tổng công suất tính toán (kể cả tổn hao trên đường dây)là:

Trang 22

Trang 23

Vậy máy biến áp có khả năng quá tải 30% trong một thời gian nhất định Để vừa

đáp ứng được yêu cầu về mặt kỹ thuật vừa đảm bảo tính kinh tế, ta có thể có 3 phương án

sau đây để xây dựng trạm biến áp

Phương án 1:

Dùng 1 máy biến áp 22/0.4kV có dung lượng 560 KVA

dmMBA 560Phương án 2: Dùng 1 máy biến áp 22/0.4kV có dung lượng 630 KVA

Phương án 3: Dùng 2 máy biến áp 22/0.4 kV có dung lượng 2x320

KVA Khi gặp sự cố, máy biến áp còn lại sẽ gánh toàn bộ 75% tải loại 1

Ta thấy không đảm bảo điều kiện quá tải cho phép

Khi đó cần phải cắt phụ tải loại 2, lúc đó phụ tải sự cố là: Ssc = 50%.577.7=288.85 KVA

Lúc này máy biến áp làm việc bình thường

Bảng thông số máy biến áp do THIBIDI chế tạo:

Bảng 3.1: Thông số máy biến áp

So sánh các phương án theo chỉ tiêu chi phí quy đổi: Z = pV +C + Yth

trong đó Yth là thiệt hại do mất điện

Trang 24

(gth = 4500đ/kWh là suất thiệt hại do mất điện)

Tổng chi phí quy đổi của phương án 1:Z1 = (0.185x202+21.3+31.876)106 = 90.546.106 (đ)

Tính toán tương tự cho phương án 2.ta được :

Thiệt hại do mất điện gây ra(tính trong 24h):Yth3

Tổng chi phí quy đổi:Z3 = (0.185x2x135+36+4.23)106 = 65.205x106 đ

= P th3 g th t = 39.12x4500x24 = 4.23x106đ

Trang 25

Kết quả tính toán cho 3 phương án như sau:

Căn cứ vào bảng thống kê trên,ta thấy phương án 3 có tổng chi phí nhỏ nhất.Vì vậy

chọn phương án 3, trạm gồm 2 máy biến áp 320 KVA

Sơ đồ trạm và điểm đấu điện nguồn như hình:

Hình 2.2: Sơ đồ trạm và điểm đấu điện

Trang 26

III.Chọn nguồn dự phòng cho xí nghiệp:

Để đảm bảo yêu cầu cung cấp điện cho xí nghiệp ta bố trí thêm nguồn dự phòngcho trạm bằng máy phát điện xoay chiều Diezel

Máy phát điện này làm việc theo nguyên tắc của động cơ đốt trong,với nguyên liệuchính là dầu Diezel Các loại máy phát Diezel được chọn làm nguồn dự phòng vì nó có nhiều ưu điểm:

-Là máy phát điện đồng bộ 3 pha hoặc 1 pha không chổi than(tránh đánh lửa ở cổ góp), tựđộng kích từ và tự động điều chỉnh điện áp,có 4 thì -Kết cấu nhỏ gọn

-Tiêu hao ít nhiên liệu

-Làm mát bằng nước

-Có đệm chống rung và bộ phận giảm thanh

-Có khả năng chuyển nguồn tự động nhờ sử dụng bộ ATS gắn ở đầu ra máy phát

Trang 27

Lựa chọn máy phát điện: Căn cứ yêu cầu cấp điện của phụ tải để lựa chọn:

-Điện áp đầu ra của máy phát điện được chọn làm thiết bị dự phòng phải phù hợp với phụ tải mà nó cung cấp

-Tùy theo sơ đồ cấp điện mà chọn công suất máy phát phù hợp công suất tải toàn bộ

để thay thế nguồn điện lưới hay chỉ một phần phụ tải được cấp nguồn dự phòng

-Máy phát điện Diezel được chọn dùng làm nguồn dự phòng phải được chọn bộ phận khởi động thích hợp với yêu cầu phụ tải

Với sơ đồ trạm gồm 2 máy biến áp 320 KVA,ta chọn máy phát dự phòng khi xảy ra sự cố 1 máy biến áp mà vẫn cung cấp diện cho xí nghiệp hoạt động Công suất máy phát điện phải gánh khi xảy ra sự cố là:

Sttmp = 50% 577.7= 288.85 KVA

Ta chọn máy phát: S320 P1 có dung lượng 320 KVA

Trang 28

CHƯƠNG IV CHỌN DÂY DẪN VÀ SƠ ĐỒ ĐI DÂY

I Chọn cáp dẫn cho trạm

1.Cáp dẫn từ nguồn cung cấp đến trạm :

Cáp được đi làm 2 lộ cho 2 máy biến áp

Chiều dài đường dây mỗi lộ được xác định theo công thức

L xng Xba 2 yng Yba 2 457 97.8 2 97.8 94.7 2 361( m)

Cáp được chọn theo điều kiện mật độ dòng kinh tế jkt

Ta có TM = 5100h,tra bảng 2.5 ,giáo trình Thiết kế hệ thống điện thầy Quyền Huy Ánh, tachọn jkt = 1.2A/mm2

Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng:

Điều kiện kiểm tra: I tt

Ilv

KmaxI cp

Với K = K4.K5.K6.K7

K4 : hệ số ảnh hưởng của cách lắp đặt.tra bảng H1-19,trang H1-31,sách hướng dẫn thiết

kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn IEC ta được K4 = 1

K5 :hệ số ảnh hưởng của số dây đặt kề nhau, tra bảng H1-20,trang H1-31,sách hướng dẫnthiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn IEC ta chọn K5 = 0.65

K6 :hệ số ảnh hưởng của đất chôn cáp, tra bảng H1-21,trang H1-31,sách hướng dẫn thiết

K7 : hệ số ảnh hưởng của nhiệt độ đất, tra bảng H1-22,trang H1-32,sách hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn IEC ta được K7 = 0.89

Trang 29

Trang 30

=>K= 1x0.65x1x0.89= 0.5 => I tt

8.4

14.48( A) ≤ Icp = 160 (A)

0.58Vậy cáp đã chọn thõa điều kiện phát nóng

Ta chọn dây cáp đồng M_240 có dòng cho phép là Icp = 880A

II.Sơ đồ nối dây từ trạm biến áp đến các phân xưởng:

Để đảm bảo an toàn và mỹ quan trong xí nghiệp ta sẽ xây dựng các tuyến dây bằngđường cáp ngầm.Xét 3 phương pháp nối dây như sau:

Phương án 1:

Hình 4.1: Phương án 1

Trang 31

Trang 32

Từ trạm ta kéo dây trực tiếp đến các phân xưởng theo đường thẳng,các tủ phân phối được đặt ngay tại đầu các nhà xưởng để cung cấp điện cho các thiết bị trong xưởng.Phương án này có tổng chiều dài đường dây là nhỏ nhất nhưng không thuận tiện cho việc thi công,vận hành và phát triển mạng điện

Phương án 2:

Ta cũng kéo dây trực tiếp từ trạm đến các phân xưởng nhưng theo đường bẻ góc,các đường cáp sẽ được đi dọc theo mép tường và nhà xưởng.Như vậy sẽ thuận tiện cho việc xây dựng,vận hành và phát triển mạng điện Tuy nhiên chiều dài của các tuyếndây sẽ tăng hơn so với phương án 1

Trang 33

Phương án 3:

Từ trạm ta xây dựng các trục chính, các phân xưởng sẽ được cấp điện từ đườngtrục này thông qua các tủ phân phối trung gian Do việc lắp đặt tủ phân phối đỏi hỏinhững chi phí nhất định nên ở đây ta chỉ lắp đạt 3 tủ phân phối tại các điểm 1 (cung cấpcho các xưởng O,Ơ,E), 2 (cung cấp cho cácxưởng (Ă, K, I , Ô, U) và 3 (cung cấp cho cácxưởng H, N, G, V, Y) Phương án này giảm được số lượng tuyến dây và tổng chiều dàidây dẫn nhưng tiết diện dây của các đường trục chính sẽ lớn hơn

Trên cơ sở so sánh sơ bộ giữa các phương án trên ta loại bỏ phương án 1, tính toán sosánh lựa chọn cho 2 phương án còn lại

Trang 34

III Xác định tiết diện dây dẫn và tính chọn phương án đi dây

1.Phương án 2:

Sơ đồ như hình 2

Chiều dài đường dây từ tủ phân phối chính đến các phân xưởng theo đường bẻ góc đượcxác định theo biểu thức : L0i X ba X i 2 Y ba Y i 2

(0 là vị trí đặt tủ phân phối chính(trạm biến áp)_như trên hình)

Tổn hao điện áp do thành phần trở kháng được xác định theo biểu thức: U Ri P i r0 l i

+Ta tính chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng: dây đi ngầm,nhiệt độ đất là 300C

-Chọn dây cho từ tủ phân phối chính đến phân xưởng N:

Dòng làm việc cực đại: I lvmax

P

83.95(A) 3.U dm cos N 3 0.4 0.757

K4 : hệ số ảnh hưởng của cách lắp đặt.tra bảng H1-19,trang H1-31,sách hướng dẫn thiết

K5 :hệ số ảnh hưởng của số dây đặt kề nhau, tra bảng H1-20,trang H1-31,sách hướng dẫnthiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn IEC ta chọn K5 = 0.65

K6 :hệ số ảnh hưởng của đất chôn cáp, tra bảng H1-21,trang H1-31,sách hướng dẫn thiết

K7 : hệ số ảnh hưởng của nhiệt độ đất, tra bảng H1-22,trang H1-32,sách hướng dẫn

thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn IEC ta được K7 = 0.89

Trang 35

Trang 36

Tra bảng 2-49, giáo trình Cung cấp điện (thầy Nguyễn Xuân Phú) ta chọn dây M_35 có :

Tính toán tương tự ta được số liệu trong bảng sau:

Bảng 4.1: Lựa chọn dây dẫn phương án 2

Trang 37

dm

+Ta tính chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng: dây đi ngầm,nhiệt độ đất là 300C

-Chọn dây cho từ tủ phân phối chính đến tủ 1:

Dòng làm việc cực đại: I lvmax

P

262.36( A) 3.U dm cos 0.4 0.79

Trang 38

K 0.58

Trang 39

Tra bảng 2-49, giáo trình Cung cấp điện (thầy Nguyễn Xuân Phú) ta chọn dây M_95 có :

Trang 40

Tiêu đề	Thiết Kế Cung Cấp Điện Cho Xí Nghiệp Công Nghiệp
Tác giả	Nguyễn Văn Khôi
Người hướng dẫn	GVC. Nguyễn Xuân Phú
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Điện Công Nghiệp
Thể loại	đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2011
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	137
Dung lượng	1,72 MB