Trường CĐCN Thành Đô Đồ Án Môn Học CC Điện LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Xác định phụ tải tính toán, thiết kế mạng điện cao áp, hạ áp Nguyễn Huy Dũng – Nguyễn Đăng Tùng – Lê Đức Anh – Nguyễn Văn Hà 1 Trường CĐCN Thành Đô Đồ Án Môn Học CC Điện LỜI NÓI ĐẦU Công nghiệp luôn là khách hàng tiêu thụ điện lớn nhất. Trong tình hình kinh tế thị trường hiện nay, các xí nghiệp lớn nhỏ, các tổ hợp sản xuất đều phải hoạch toán kinh doanh trong cuộc cạnh tranh quyết liệt về chất lượng và giá cả sản phẩm. Điện năng thực sự đóng góp một phần quan trọng vào lỗ lãi của xí nghiệp. Nếu 1 tháng xảy ra mất điện 1, 2 ngày xí nghiệp không có lãi, nếu mất điện lâu hơn xí nghiệp sẽ thua lỗ. Chất lượng điện xấu(chủ yếu là điện áp thấp ) ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm. Chất lượng điện áp thực sụ quan trọng với xí nghiệp may, xí nghiệp hoá chất, xí nghiệp lắp đặt chế tạo cơ khí, điện tử chính xác. Vì thế, đảm bảo độ tin cậy cấp điện áp và nâng cao chất lượng điện năng là mối quan tâm hàng đầu của đề án thiết kế cấp điện cho khu xí nghiệp. Nhằm hệ thống hoá và vân dụng những kiến thức đã được học tập trong những năm ở trường để giải quyết những vấn đề thực tế, em đã được giao thực hiện đề tài thiết kế môn học với nội dung: Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho khu liên hiệp xí nghiệp. Khu liên hiệp xí nghiệp có 7 phân xưởng cần cung cấp một lượng điện tương đối lớn nguồn điện được lấy từ nguồn cao áp qua các trạm biến áp trung gian về nhà máy cung cấp đến các phân xưởng. Đồ án giới thiệu chung về nhà máy, vị trí địa lý, đặc điểm công nghệ, phân bố phụ tải . . . Đồng thời đồ án cũng xác định phụ tải tính toán, thiết kế mạng điện cao áp, hạ áp . . . Để hoàn thành tốt đồ án này, em đã được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong môn hệ thống điện, đặc biệt là của cô giáo Nguyễn Thị Anh. Do kiến thức và thời gian có hạn, bản đồ án không tránh khỏi sai sót, kính mong các thầy ,cô góp ý kiến để bản đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn ! Nguyễn Huy Dũng – Nguyễn Đăng Tùng – Lê Đức Anh – Nguyễn Văn Hà 2 Trường CĐCN Thành Đô Đồ Án Môn Học CC Điện MỤC LỤC CHƯƠNG I/ XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN…………………… 5 I/ PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA PHÂN XƯỞNG SCCK……………… … 5 II/ XĐ PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CHO CÁC PHÂN XƯỞNG KHÁC…… 18 III/ PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA TOÀN NHÀ MÁY…………………… 22 IV/ BIỂU ĐỒ PHỤ TẢI CÁC PHÂN XƯỞNG………………………… 34 V/ XÁC ĐỊNH TRỌNG TÂM PHỤ TẢI NHÀ MÁY…………………… 36 CHƯƠNG II/ THIẾT KẾ MẠNG CAO ÁP NHÀ MÁY…………… 28 I/ LỰA CHỌN CẤP ĐIỆN ÁP TRUYỀN TẢI…………………………… 28 II/ VẠCH CÁC PHƯƠNG ÁN CC ĐIỆN CHO NHÀ MÁY…………… 28 III/XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ, SỐ LƯỢNG,DUNG LƯỢNG CÁC TRẠM BAPX 29 IV/ PHƯƠNG ÁN ĐI DÂY MẠNG ĐIỆN CAO ÁP……………………….33 V/CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT CÁC PHƯƠNG ÁN…… ……36 VI/ LỰA CHỌN DÂY DẪN……………………………………………… 39 VII/ TÍNH TOÁN CHI TIẾT CHO CÁC PHƯƠNG ÁN………………… 42 VIII/ CHỌN PHƯƠNG ÁN……………………………………………… 64 IX/ THIẾT KẾ CHI TIẾT CHO PHƯƠNG ÁN ĐƯỢC CHỌN………… 67 X/TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH, KIỂM TRA CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN ĐÃ CHỌN………………………………………………………………… …75 CHƯƠNG III/ THIẾT KẾ MẠNG HẠ ÁP CHO PHÂN XƯỞNG… 79 I/ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG SCCK……… 79 II/ LỰA CHON CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG CẤP ĐIỆN………….80 Nguyễn Huy Dũng – Nguyễn Đăng Tùng – Lê Đức Anh – Nguyễn Văn Hà 3 Trường CĐCN Thành Đô Đồ Án Môn Học CC Điện GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY 1/ Giới thiệu chung Trong nhà máy cơ khí có nhiều hệ thống máy móc khác nhau rất đa dạng, phong phú và phức tạp. Các hệ thống máy móc này có tính công nghệ cao và thiện đại. Do vậy mà việc cung cấp điện cho nhà máy phải đảm bảo chất lượng và độ tin cậy cao. Đứng về mặt cung cấp điện thì việc thiết kế điện phải đảm bảo sự gia tăng phụ tải trong tương lai; về mặt kỹ thuật và kinh tế phải đề ra phương án cấp điện sao cho không gây quá tải sau vài năm sản xuất và cũng không gây quá dư thừa dung lượng công suất dự trữ. Nhà máy có 7 phân xưởng, các phân xưởng này được xây dựng tương đối gần nhau được cho trong bảng sau: Kí hiệu Tên phân xưởng P đặt ( kW ) Hệ số nhu cầu k nc Hệ số công suất 1 Phân xưởng 1 560 0,4 0,7 2 Phân xưởng 2 700 0,45 0,65 3 Phân xưởng 3 520 0,32 0,6 4 Phân xưởng SCCK Theo tính toán 5 Phân xưởng 5 600 0,19 0,7 6 Kho hàng 130 0,3 0,8 7 Nhà hành chính 120 0,7 0,8 Theo quy trình trang bị điện và công nghệ của nhà máy ta thấy khi ngừng cung cấp điện sẽ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm của nhà máy gây thiệt hại về nền kinh tế quốc dân do đó ta xếp nhà máy vào phụ tải loại II, cần được bảo đảm cung cấp điện liên tục và an toàn. Trong nhà máy có: phân xưởng , kho hàng, nhà hành chính dùng phụ tải loại 1 Nguyễn Huy Dũng – Nguyễn Đăng Tùng – Lê Đức Anh – Nguyễn Văn Hà 4 Trường CĐCN Thành Đô Đồ Án Môn Học CC Điện 2/ Giới thiệu đặc điểm phụ tải điện của nhà máy: Phụ tải điện trong nhà máy công nghiệp có thể phân ra làm 2 loại phụ tải: + Phụ tải động lực. + Phụ tải chiếu sáng. Phụ tải động lực thường có chế độ làm việc dài hạn, điện áp yêu cầu trực tiếp đến thiết bị là 380/220V, công suất của chúng nằm trong dải từ 1 đến hàng chục kW và được cung cấp bởi dòng điện xoay chiều tần số f=50Hz. Phụ tải chiếu sáng thường là phụ tải 1 pha, công suất không lớn. Phụ tải chiếu sáng bằng phẳng , ít thay đổi và thường dùng dòng điện xoay chiều tần số f = 50 Hz. CHƯƠNG I XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN I / PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA PHÂN XƯỞNG SCCK Nguyễn Huy Dũng – Nguyễn Đăng Tùng – Lê Đức Anh – Nguyễn Văn Hà 5 Trường CĐCN Thành Đô Đồ Án Môn Học CC Điện 1/ Phương pháp xác định phụ tải tính toán: Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải thực tế về mặt hiệu quả phát nhiệt hoặc mức độ huỷ hoại cách điện. Nói cách khác, phụ tải tính toán cũng đốt nóng thiết bị lên tới nhiệt độ tương tự như phụ tải thực tế gây ra, vì vậy chọn các thiết bị theo phụ tải tính toán sẽ đảm bảo an toàn thiết bị về mặt phát nóng. Phụ tải tính toán được sử dụng để lựa chọn và kiểm tra các thiết bị trong hệ thống cung cấp điện như: máy biến áp, dây dẫn, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ … tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng, tổn thất điện áp; lựa chọn dung lượng bù công suất phản kháng … phụ tải tính toán phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: công suất, số lượng, chế độ làm việc của các thiết bị điện, trình độ và phương thức vận hành hệ thống … Nếu phụ tải tính toán xác định được nhỏ hơn phụ tải thực tế thì sẽ làm giảm tuổi thọ của thiết bị điện, ngược lại nếu phụ tải tính toán xác định được lớn hơn phụ tải thực tế thì gây ra dư thừa công suất, làm ứ đọng vốn đầu tư, gia tăng tổn thất… cũng vì vậy đã có nhiều công trình nghiên cứu về phương pháp xác định phụ tải tính toán, song cho đến nay vẫn chưa có được phương phương pháp nào thật hoàn thiện. Những phương pháp cho kết quả đủ tin cậy thì lại quá phức tạp, khối lượng tính toán và các thông tin ban đầu về phụ tải lại quá lớn. Ngược lại những phương pháp tính đơn giản lại có kết quả có độ chính xác thấp. 2/ Các phương pháp xác định phụ tải tính toán a/ Phương pháp xác định phụ tải tính toán (PTTT) theo công suất đặt và hệ số nhu cầu: P tt = k nc .P đ Trong đó : k nc : là hệ số nhu cầu , tra trong sổ tay kĩ thuật . Nguyễn Huy Dũng – Nguyễn Đăng Tùng – Lê Đức Anh – Nguyễn Văn Hà 6 Trường CĐCN Thành Đô Đồ Án Môn Học CC Điện P đ : là công suất đặt của thiết bị hoặc nhóm thiết bị , trong tính toán có thể lấy gần đúng P đ ≈ P dđ (kW) . b/ Phương pháp xác định PTTT theo công suất công suất trung bình và hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải : P tt = k hd . P tb Trong đó : k hd : là hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải tra trong sổ tay kĩ thuật khi biết đồ thị phụ tải . P tb : là công suât trung bình của thiết bị hoặc nhóm thiết bị (kW) . c / Phương pháp xác định PTTT theo công suất trung bình và độ lệch của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình : P tt = P tb σβ± . Trong đó : σ : là độ lệch của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình . β : là hệ số tán xạ của σ . d/ Phương pháp xác định PTTT theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm : P tt = max 0 T M.a Trong đó : a 0 : là suất chi phí điện năng cho một đơn vị sản phẩm, kWh/đvsp. M: là số sản phẩm sản suất trong một năm . T max : là thời gian sử dụng công suất lớn nhất , (h) e/ Phương pháp xác định PTTT theo suất trang bị điện trên một đơn vị diện tích: P tt = p 0 . F Trong đó : Nguyễn Huy Dũng – Nguyễn Đăng Tùng – Lê Đức Anh – Nguyễn Văn Hà 7 Trường CĐCN Thành Đô Đồ Án Môn Học CC Điện p 0 : là suất trang bị điện trên một đơn vị diện tích , (W/m 2 ) . F : là diện tích bố trí thiết bị , (m 2 ) . f/ Phương pháp tính trực tiếp : Là phương pháp điều tra phụ tải trực tiếp để xác định PTTT áp dụng cho hai trường hợp: - Phụ tải rất đa dạng không thể áp dụng phương pháp nào để xác định phụ tải tính toán. - Phụ tải rất giống nhau và lặp đi lặp lại ở các khu vực khác nhau như phụ tải ở khu chung cư . g/ Xác định phụ tải đỉnh nhọn của nhóm thiết bị: Theo phương pháp này thì phụ tải đỉnh nhọn của nhóm thiết bị sẽ xuất hiện khi thiết bị có dòng khởi động lớn nhất mở máy còn các thiết bị khác trong nhóm đang làm việc bình thường và được tính theo công thức sau: I đn = I kđ (max) + (I tt - k sd . I đm (max) ) Trong đó: I kđ (max) : là dòng khởi động của thiết bị có dòng khởi động lớn nhất trong nhóm máy. I tt : là dòng điện tính toán của nhóm máy. I đm (max) : là dòng định mức của thiết bị đang khởi động. k sd : là hệ số sử dụng của thiết bị đang khởi động. Trong các phương pháp trên, 3 phương pháp 4,5,6 dựa trên kinh nghiệm thiết kế và vận hành để xác định PTTT nên chỉ cho các kết quả gần đúng tuy nhiên chúng khá đơn giản và tiện lợi. Các phương pháp còn lại được xây dựng trên cơ sở lý thuyết xác suất thống kê có xét đến nhiều yếu tố do đó có kết quả chính xác hơn, nhưng khối lượng tính toán hơn và phức tạp. Trong bài tập dài này với phân xưởng SCCK ta đã biết vị trí, công suất đặt, và các chế độ làm việc của từng thiết bị trong phân xưởng nên khi tính toán Nguyễn Huy Dũng – Nguyễn Đăng Tùng – Lê Đức Anh – Nguyễn Văn Hà 8 Trường CĐCN Thành Đô Đồ Án Môn Học CC Điện phụ tải động lực của phân xưởng có thể sử dụng phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số cực đại. Các phân xưởng còn lại do chỉ biết diện tích và công suất đặt của nó nên để xác định phụ tải động lực của các phân xưởng này ta áp dụng phương pháp tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu. Phụ tải chiếu sáng của các phân xưởng được xác định theo phương pháp suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích sản xuất. h/ Phương pháp xác định PTTT theo công suất trung bình và hệ số cực đại Vì đã có thông tin chính sác về mặt bằng bố trí máy móc thiết bị biết được công suất và quá trình công nghệ của từng thiết bị nên ta xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số cực đại.Theo phương pháp này phụ tải tính toán được xác định như sau: + Tính toán phụ tải động lực • Với 1 động cơ P tt = P đm • Với nhóm động cơ n ≤ 3 Ptt = ∑ n i P đmi • Với nhóm động cơ n ≥ 4 P tt = k max . k sd . ∑ n i P đmi Trong đó : P đmi : công suất định mức của thiết bị k sd :hệ số sử dụng của nhóm thiết bị. tra sổ tay n: Số thiết bị trong nhóm. k max : Hệ số cực đại, tra trong sổ tay kĩ thuật theo quan hệ: k max = f(n hq , k sd ) n hq : Số thiết bị dùng điện hiệu quả. Nguyễn Huy Dũng – Nguyễn Đăng Tùng – Lê Đức Anh – Nguyễn Văn Hà 9 Trường CĐCN Thành Đô Đồ Án Môn Học CC Điện • Tính n hq  Xác định n 1 : số thiết bị cos công suất lớn hay bằng một nởa công suất thiết bị có công suất lớn nhất.  Xác định P 1 : công suất của n 1 thiết bị trên P 1 = ∑ n i P dmi  Xác định n * = n n 1 P * = ΣP P1 Trong đó : n : tổng số thiết bị trong nhóm P ∑ : tổng công suất mỗi nhóm , P ∑ = ∑ n i P đmi  Từ n * và P * tra bảng ta được n hp* + Khi n hq ≥ 4 → Tra bảng với n hq và k sd được k max + Khi n hq < 4 → Phụ tải tính toán được xác định theo công thức P tt = ∑ n i ( k ti . P dmi ) Trong đó: k ti : hệ số tải của thiết bị i k ti = 0,9 với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn k ti = 0,75 với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. + Phụ tải động lực phản kháng Q tt = P tt . tgφ Trong đó Cosφ : hệ số công suất tính toán của nhóm thiết bị, tra sổ tay Nguyễn Huy Dũng – Nguyễn Đăng Tùng – Lê Đức Anh – Nguyễn Văn Hà 10 [...]... = Sttpx 109,3 = = 166 A 3.Udm 3.0,38 II /XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CHO CÁC PHÂN XƯỞNG KHÁC 1) Phương pháp hệ số nhu cầu Khi xí nghiệp đã có thiết kế nhà xưởng, chưa có thiết kế chi tiết, bố trí các máy móc, thiết bị trên mặt bằng Lúc này mới chỉ biết công suất đặt nên ta sử dụng phương pháp hệ số nhu cầu để tính phụ tải tính toán các phân xưởng 2) Phụ tải tính toán động lực của mỗi phân xưởng Ptt... IV/ BIỂU ĐỒ PHỤ TẢI CÁC PHÂN XƯỞNG TRONG NHÀ MÁY Việc xác định biểu đồ phụ tải trên mặt bằng nhà máy có mục đích là để phân phối hợp lý các trạm biến áp trong phạm vi nhà máy, chọn các vị trí đặt máy biến áp sao cho đạt chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cao nhất Biểu đồ phụ tải của mỗi phân xưởng là một vòng tròn có diện tích bằng phụ tải tính của phân xưởng đó theo một tỷ lệ lựa chọn Nếu coi phụ tải mỗi phân... 30,4 28,4 28,35 V/ XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TRỌNG TÂM NHÀ MÁY Tâm phụ tải điện là điểm quy ước nào đấy sao cho : n ∑ Pi l i i =1 → min Trong đó : Pi , li : là công suất tác dụng và khoảng cách từ điểm tâm phụ tải điện đến phụ tải thứ i Nguyễn Huy Dũng – Nguyễn Đăng Tùng – Lê Đức Anh – Nguyễn Văn Hà 24 Trường CĐCN Thành Đô Đồ Án Môn Học CC Điện Tâm qui ước của phụ tải xí nghiệp được xác định bởi một điểm M... CC Điện Với ý nghĩa là khi số phân xưởng càng lớn thì kđt càng nhỏ Phụ tải tính toán xác định theo các công thức trên dùng thiết kế mạng cao áp Chọn kđt = 0,85 → Pttpx = 0,85.( 18,7 + 35,17 + 13 + 17,35 ) = 72 (kW) b/ Phụ tải tính toán phản kháng Qttpx = kđt ∑Qttnhom = 0,85 ( 24,31 + 33,05 + 16,9 + 22,5 ) = 82,3 ( kVAr) c/ Phụ tải tính toán toàn phần của phân xưởng SCCK Stt = P 2tt + Q 2 tt = 72 2... định mức của mạng điện ảnh hưởng chủ yếu đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cũng như các đặc trưng kỹ thuật của mạng điện Việc chọn đúng điện áp định mức cua mạng điện khi thiết kế là bài toán kinh tế, kỹ thuật Khi tăng điện áp định mức, tổn thất công suất và tổn thất điện năng sẽ giảm nghĩa là giảm chi phí vận hành, giảm tiết diện dây dẫn và chi phí về kim loại khi xây dựng mạng điện, đồng thời tăng... CC Điện a y0 = ∑ SiXi i =1 a ∑ Si = 1333023 = 832,3m 1601,68 i =1 → M ( 975; 823,3) Nguyễn Huy Dũng – Nguyễn Đăng Tùng – Lê Đức Anh – Nguyễn Văn Hà 26 Trường CĐCN Thành Đô Đồ Án Môn Học CC Điện Nguyễn Huy Dũng – Nguyễn Đăng Tùng – Lê Đức Anh – Nguyễn Văn Hà 27 Trường CĐCN Thành Đô Đồ Án Môn Học CC Điện CHƯƠNG II : THIẾT KẾ MẠNG CAO ÁP NHÀ MÁY I/ LỰA CHỌN CẤP ĐIỆN ÁP TRUYỀN TẢI Điện áp định mức của mạng. .. Pcs tgφcs = 0 Nếu phân xưởng không có động cơ → dùng đèn hùynh quang → cosφcs = 0,6 ÷ 0,8 4 / Phụ tải tính toán toàn phần của mỗi phân xưởng a) Phụ tải tính toán tác dụng Pttpx = Ptt + Pcs b) Phụ tải tính toán phản kháng Qttpx = Qtt + Qcs c) Phụ tải tính toán toàn phần Stt = Ptt 2 +Q tt 2 5 /Tính toán phụ tải cho các phân xưởng Kí hiệu 1 2 Tên phân xưởng Phân xưởng 1 Phân xưởng 2 Pđặt ( kW ) Hệ số... thì tâm vòng tròn phụ tải trùng với tâm của phân xưởng đó Mỗi vòng tròn biểu đồ phụ tải chia ra hai thành phần: +Phụ tải động lực +Phụ tải chiếu sáng 1/ Bán kính vòng tròn phụ tải Rpxi = Sttpxi π m Trong đó Rpxi : bán kính vòng tròn phụ tải phân xưởng i, mm Sttpx: Công suất tính toán toàn phân xưởng i, kVA m: Hệ số tỉ lệ, kVA/mm2 chọn m = 3 kVA 2/ Góc αcs Pcsi αcsi = Sttpxi 360 o 3/ Tính toán cho các... Đô Đồ Án Môn Học CC Điện Nguyễn Huy Dũng – Nguyễn Đăng Tùng – Lê Đức Anh – Nguyễn Văn Hà 21 Trường CĐCN Thành Đô Đồ Án Môn Học CC Điện III/ PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA TOÀN NHÀ MÁY a/ Phụ tải tính toán tác dụng toàn nhà máy p ∑ Pttpxi PttNM = kđt i Trong đó Pttpxi : Phụ tải tính toán tác dụng của phân xưởng i , kW P : số phân xưởng trong nhà máy Kđt : hệ số đồng thời , xét khả năng phụ tải các phân xưởng... Văn Hà 18 Trường CĐCN Thành Đô Đồ Án Môn Học CC Điện Cosφ : hệ số công suất tính toán của mỗi phân xưởng, tra sổ tay từ cosφ → tgφ 3) Phụ tải chiếu sáng của mỗi phân xưởng a) Phụ tải tác dụng chiếu sáng của mỗi phân xưởng Pcs = 9% Stt Trong đó Pcs : phụ tải chiếu sáng tác dụng của mỗi phân xưởng, W Stt : phụ tải tính toán toàn phần của phân xưởng b) Phụ tải chiếu sáng phản kháng của mỗi phân xưởng Qcs . lý, đặc điểm công nghệ, phân bố phụ tải . . . Đồng thời đồ án cũng xác định phụ tải tính toán, thiết kế mạng điện cao áp, hạ áp . . . Để hoàn thành tốt đồ. Trường CĐCN Thành Đô Đồ Án Môn Học CC Điện LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Xác định phụ tải tính toán, thiết kế mạng điện cao áp, hạ áp Nguyễn Huy Dũng – Nguyễn Đăng