ĐỒ ÁN MÔN HỌC CUNG CẤP ĐIỆN THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO MỘT XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIỆP  Đồ Án Môn Học Cung Cấp Điện Page 1 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với xu thế hội nhập, quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước đang diễn ra một cách mạnh mẽ. Trong quá trình phát triển đó, điện năng đóng vai trò rất quan trọng. Do đó ngày nay điện năng được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực của đời sống. Cùng với xu hướng phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, đời sống xã hội ngày càng được nâng cao, nhu cầu sử dụng điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ tăng lên không ngừng. Để đảm bảo những nhu cầu to lớn đó, chúng ta phải có một hệ thống cung cấp điện an toàn và tin cậy. Với đồ án: “Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho một xí nghiệp công nghiệp”, sau một thời gian làm đồ án, dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Phúc Huy, đến nay, về cơ bản em đã hoàn thành nội dung đồ án môn học này. Do thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được sự chỉ bảo, giúp đỡ của thầy để đồ án của em được hoàn thiện hơn, đồng thời giúp em nâng cao trình độ chuyên môn, đáp ứng nhiệm vụ công tác sau này. Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Phúc Huy đã giúp em hoàn thành đồ án này. Hà Nội, tháng 4 năm 2011 Sinh viên thực hiện: Vũ Tuấn Minh Đồ Án Môn Học Cung Cấp Điện Page 2 ĐỒ ÁN 2 THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO MỘT XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIỆP A. Dữ kiện. Thiết kế cung cấp điện cho một xí nghiệp công nghiệp gồm các phân xưởng với các dữ kiện cho trong bảng 2.1, lấy theo vần alphabê của họ và tên người thiết kế. Công suất ngắn mạch tại điểm đấu điện S k , MVA, khoảng cách từ điểm đấu điện đến nhà máy là L, m. Cấp điện áp truyền tải là 100kV. Thời gian sử dụng công suất cực đại là T M , h. Phụ tải loại I và loại II chiếm k I&II , %. Giá thành tổn thất điện năng  △ = 1000 đ/kWh; suất thiệt hại do mất điện g th = 7500 đ/kWh; hao tổn điện áp cho phép trong mạng tính từ nguồn (điểm đấu điện) là ΔU  = 5%. Các số liệu khác lấy trong phụ lục và các sổ tay thiết kế điện. Số liệu thiết kế cung cấp điện cho nhà máy: Alphabe Họ Tên đệm Tên Nhà máy Phân xưởng S k , MVA K I&II , % T M , h L, m Hướng tới của nguồn Số hiệu Phương án V 4 3 A T 250 75 5400 M 249,73 Đông Nam B. Nhiệm vụ thiết kế. I . Tính toán phụ tải. 1.1 . Xác định phụ tải tính toán phân xưởng. - Xác định phụ tải động lực của các phân xưởng. - Xác định phụ tải chiếu sáng (lấy p 0 = 15 W/m 2 ) và thông thoáng. - Tổng hợp phụ tải của mỗi phân xưởng. 1.2 . Xác định phụ tải của các phân xưởng khác. 1.3 . Tổng hợp phụ tải của toàn xí nghiệp xây dựng biểu diễn biểu đồ phụ tải trên mặt bằng xí nghiệp dưới dạng các hình tròn bán kính r. Đồ Án Môn Học Cung Cấp Điện Page 3 II . Xác định sơ đồ nối của mạng điện nhà máy. 2.1. Chọn cấp điện áp phân phối. 2.2. Xác định vị trí đặt trạm biến áp ( hoặc trạm phân phối trung tâm – TPPTT). 2.3. Chọn công suất và số lượng máy biến áp của trạm biến áp nhà máy và các trạm biến áp phân xưởng. 2.4. Chọn dây dẫn từ nguồn đến trạm biến áp nhà máy ( hoặc TPPTT). 2.5. Lựa chọn sơ đồ nối điện từ trạm biến áp nhà máy/TPPTT đến các phân xưởng (so sánh ít nhất 2 phương án). III. Tính toán điện. 3.1. Xác định hao tổn điện áp trên đường dây và trong máy biến áp. 3.2. Xác định hao tổn công suất. 3.3. Xác định tổn thất điện năng. IV. Chọn và kiểm tra thiết bị điện. 4.1. Tính toán ngắn mạch tại các điểm đặc trưng ( chọn điểm ngắn mạch phù hợp). 4.2. Chọn và kiểm tra thiết bị: - Cáp điện lực. - Thanh cái và sứ đỡ. - Máy cắt, dao cách ly, cầu dao, cầu chảy, aptomat - Máy biến dòng và các thiết bị đo lường. 4.3. Kiểm tra chế độ mở máy động cơ. V. Tính toán bù hệ số công suất. 5.1. Tính toán bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất lên giá trị cosφ 2 = 0,9. 5.2. Đánh giá hiệu quả bù. VI. Tính toán nối đất và chống sét. Đồ Án Môn Học Cung Cấp Điện Page 4 VII. Hạch toán công trình. 7.1. Liệt kê thiết bị. 7.2. Xác định các chỉ tiêu kinh tế. - Tổng vốn đầu tư của công trình. - Vốn đầu tư trên 1 đơn vị công suất đặt. - Tổng chí phí trên một đơn vị điện năng… Bản vẽ: 1. Sơ đồ mặt bằng xí nghiệp với sự bố trí các thiết bị và biểu đồ phụ tải. 2. Sơ đồ mạng điện trên mặt bằng xí nghiệp (gồm cả các sơ đồ của các phương án so sánh). 3. Sơ đồ nguyên lý mạng điện (với đầy đủ mã hiệu của các thiết bị lựa chọn). 4. Sơ đồ trạm biến áp gồm : sơ đồ nguyên lý, sơ đồ mặt bằng và mặt cắt trạm biến áp, sơ đồ nối đất. 5. Bảng số liệu và các kết quả tính toán. Đồ Án Môn Học Cung Cấp Điện Page 5 CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN PHỤ TẢI  Mục đích của việc 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 hủy 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 thiết bị theo phụ tải tính toán sẽ đảm bảo an toàn cho thiết bị về mặt phát nóng. Phụ tải tính toán được sử dụng để chọn lựa và kiểm tra các thiết bị trong HTĐ 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 các yếu tố như: công suất, số lượng các máy, chế độ vận hành của chúng, quy trình công nghệ sản xuất, trình độ vận hành của công nhân. Vì vậy xác định phụ tải tính toán là nhiệm vụ khó khăn nhưng rất quan trọng.Bởi vì nếu phụ tải tính toán được xác định nhỏ hơn phụ tải thực tế sẽ làm giảm tuổi thọ của thiết bị điện, có khi dẫn đến cháy nổ rất nguy hiểm. Nếu phụ tải tính toán lớn hơn phụ tải thực tế quá nhiều thì các thiết bị điện(đóng ngắt,máy biến áp…) và tiết diện dây dẫn sẽ phải làm lớn hơn so với yêu cầu do đó làm gia tăng vốn đầu tư, gây lãng phí.  Các phương pháp xác định phụ tải tính toán. Do tính chất quan trọng của phụ tải tính toán nên đã có nhiều công trình nghiên cứu và có nhiều phương pháp tính toán phụ tải điện. Song phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố nên chưa thể có phương pháp nào tính toán một cách toàn diện và chính xác. Những phương pháp đơn giản thuận tiện cho tính toán thì lại thiếu độ chính xác, còn nếu nâng cao được độ chính xác, xét đến ảnh hưởng của nhiều yếu tố thì khối lượng tính toán lại rất lớn, phức tạp, thậm chí là không thực hiện được trong thực tế. Tùy thuộc đặc điểm của từng loại phụ tải, có thể áp dụng những phương pháp sau: - Phương pháp tính theo hệ số nhu cầu - Phương pháp tính theo công suất trung bình - Phương pháp tính theo suất tiêu hao điện năng cho 1 đơn vị sản phẩm - Phương pháp tính theo suất phụ tải trên đơn vị diện tích sản xuất Đồ Án Môn Học Cung Cấp Điện Page 6  Xác định phụ tải tính toán phân xưởng. Trong một phân xưởng thường có nhiều thiết bị có công suất và chế độ làm việc khác nhau, muốn xác định phụ tải tính toán chính xác cần phải phân nhóm các thiết bị. Việc phân nhóm các thiết bị tuân theo các nguyên tắc sau: - Mỗi nhóm có n thiết bị (n<12) để đảm bảo số thiết bị trong 1 nhóm là không quá nhiều vì số đầu ra của các tủ động lực thường ≤12. - Các thiết bị trong cùng 1 nhóm phải gần nhau để giảm chiều dài đường dây hạ áp, tiết kiệm được vốn đầu tư, tổn thất trên các đường dây hạ áp trong phân xưởng - Chế độ làm việc của các thiết bị trong cùng 1 nhóm nên giống nhau để việc xác định phụ tải tính toán được chính xác hơn và thuận lợi cho việc lựa chọn phương thức cung cấp điện cho nhóm - Tổng công suất đặt các nhóm nên tương đương nhau để giảm chủng loại các tủ động lực cần dùng trong phân xưởng và toàn nhà máy Tuy nhiên rất khó để thỏa mãn cùng một lúc các nguyên tắc trên, do đó khi thiết kế phải tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của phụ tải để lựa chọn phương án phù hợp nhất. Bảng 1.1 : Phụ tải phân xưởng cơ khí – sửa chữa N 0 3 Số hiệu trên sơ đồ Tên thiết bị Hệ số k sd cosφ Công suất đặt P,kW 1; 7;10;20;31 Quạt gió 0,35 0,67 3;4; 5,5; 6;6 2; 3 Máy biến áp hàn ε = 0,65 0,32 0,58 7,5; 10 4; 19; 27 Cần cẩu 10 T, ε = 0,4 0,23 0,65 11; 22; 30 5; 8 Máy khoan đứng 0,26 0,66 2,8; 5,5 6; 25; 29 Máy mài 0,42 0,62 1,1; 2,2; 4,5 9; 15 Máy tiện ren 0,30 0,58 2,8; 5,5 11; 16 Máy bào dọc 0,41 0,63 10; 12 12; 13; 14 Máy tiện ren 0,45 0,67 6,5; 8; 10 17 Cửa cơ khí 0,37 0,70 1,5 18; 28 Quạt gió 0,45 0,83 8,5; 12 21; 22; 23; 24 Bàn lắp ráp và thử nghiệm 0,53 0,69 10; 12; 16; 18 26; 30 Máy ép quay 0,35 0,54 5,5; 7,5 Đồ Án Môn Học Cung Cấp Điện Page 7 Mặt bằng phân xưởng cơ khí – sửa chữa N 0 3: Đồ Án Môn Học Cung Cấp Điện Page 8 1.1. Phụ tải tính toán chiếu sáng của phân xưởng . Trong thiết kế chiếu sáng, vấn đề quan trọng là đáp ứng yêu cầu về độ rọi và hiệu quả chiếu sáng của chiếu sáng đối với thị giác. Ngoài độ rọi, hiệu quả của chiếu sáng còn phụ thuộc vào quang thông, màu sắc ánh sáng, sự lựa chọn hợp lý các chao chóp đèn, sự bố trí chiếu sáng vừa đảm bảo tính kỹ thuật và kinh tế, mỹ thuật. Thiết kế chiếu sáng phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Không bị lóa. - Không có bóng tối. - Phải có độ rọi đồng đều. - Phải tạo được ánh sáng giống ánh sáng ban ngày. Vì phụ tải chiếu sáng có tính chất phân bố tương đối đều và tỉ lệ với diện tích nên phụ tải chiếu sáng của phân xưởng sửa chữa thiết bị điện N 0 3 có diện tích A=864 m 2 được xác định theo công thức: P cs = p 0 .A Trong đó: p 0 : suất phụ tải chiếu sáng trên 1 đơn vị diện tích,(W/m 2 ) Theo bài p 0 = 15W/m 2 = 0,015 (kW/m 2 ) Mặt khác ta có đèn chiếu sáng trong phân xưởng là đèn sợi đốt nên cosφ cs =1. Vậy phụ tải chiếu sáng trong phân xưởng cơ khí là:   2 cs P 0,015.864 12,96 kW / m     12,96 12,96 os 1 P cs S kVA cs c cs       0 cs Q kVAr  (vì cosφ cs =1 nên sinφ cs =0). 1.2. Phụ tải tính toán nhóm thông thoáng và làm mát . Trong phân xưởng sửa chữa thiết bị điện cần phải có hệ thống thông thoáng, làm mát nhằm giảm nhiệt độ trong phân xưởng do trong quá trình sản xuất các thiết bị động lực, Đồ Án Môn Học Cung Cấp Điện Page 9 chiếu sáng và nhiệt độ cơ thể người tỏa ra làm tăng nhiệt độ phòng. Nếu không được trang bị hệ thống thông thoáng và làm mát sẽ gây ảnh hưởng đến năng suất lao động, sản phẩm, trang thiết bị, ảnh hưởng đến sức khỏe công nhân làm việc trong phân xưởng. Lưu lượng gió tươi cần cấp vào phân xưởng là: 3 . 6.4320 25920( / ) Q nV m h    Trong đó: n: tỷ số đổi không khí (1/h), với phân xưởng cơ khí ta lấy n=6(1/h). V: thể tích của phân xưởng (m 3 ); V=a.b.h=24.36.5=4320(m 3 ). Từ Q =25920 ta chọn được loại quạt tương ứng có q = 4500 m³/h  6 quạt. Bảng 1.2: Thông số kĩ thuật của quạt hút công nghiệp Thiết bị Công suất (W) Lượng gió (m³/h) Số lượng k sd os c  Quạt hút 300 4500 6 0,7 0,8 Hệ số nhu cầu của quạt hút là: 1 1 0,7 0,7 0,822 6 qh sd nc sd k k k n        Phụ tải tính toán nhóm phụ tải thông thoáng – làm mát : 1 0,822.6.0,3 1,48( ) n qh lm nc dmqi i P k P kW      1,48 1,85( ) os 0,8 lm lm P S kVA c     2 2 2 2 1,85 1,48 1,11( ) lm lm lm Q S P kVAr      1.3. Xác định phụ tải động lực của các phân xưởng. Phân xưởng sửa chữa thiết bị điện N 0 3 là phân xưởng số 3 trong sơ đồ mặt bằng nhà máy. Phân xưởng có diện tích là 864m 2 , trong phân xưởng có 32 thiết bị. Mỗi thiết bị có công suất khác nhau: thiết bị có công suất lớn nhất là cần cẩu 10T (30 kW) có số hiệu 27 trên sơ đồ mặt bằng, thiết bị có công suất nhỏ nhất là máy mài (1,1kW) có số hiệu 6 trên sơ đồ mặt bằng. Dựa vào các nguyên tắc chia nhóm ở trên, đồng thời dựa vào vị trí, công [...]... 0,9 90 20 2,20 8,22 16 Kho khác 2 39,85 46,07 1,35 136 43 2,21 12,20 Đồ Án Môn Học Cung Cấp Điện Page 21 Hình vẽ biểu đồ phụ tải của nhà máy cơ khí: Đồ Án Môn Học Cung Cấp Điện Page 22 CHƯƠNG II: XÁC ĐỊNH SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN CỦA XÍ NGHIỆP 2.1 Chọn cấp điện áp phân phối Trong mạng điện phân phối phạm vi xí nghiệp, sử dụng cấp điện áp theo công thức kinh nghiệm của Zalesski : U op  P (0,1  0, 015 L )  2657,898(0,1... 249, 73.10 3 )  16, 9(kV ) Trong đó: Uop [kV] – điện áp tối ưu của mạng điện P [kW] - công suất tính toán của xí nghiệp cần cấp điện L [km] – chiều dài của đường dây từ nguồn đến xí nghiệp Vậy ta chọn cấp điện áp cung cấp cho xí nghiệp là : 22 kV Việc lựa chọn các sơ đồ cung cấp ảnh hưởng rất lớn đến vấn đề kinh tế- kỹ thuật của HTĐ Một sơ đồ cung cấp điện được gọi là hợp lý thỏa mãn các yêu cầu kỹ... biến áp B1 cấp điện cho phân xưởng số 1 Trạm biến áp B2 cấp điện cho phân xưởng số 2,10 Trạm biến áp B3 cấp điện cho phân xưởng số 3, 4,15,16 Trạm biến áp B4 cấp điện cho phân xưởng số 8, 9, 5, 12, 13 Trạm biến áp B5 cấp điện cho phân xưởng số 6, 7, 11, 14 Trạm biến áp phân xưởng làm nhiệm vụ biến đổi điện áp 22kV xuống cấp điện áp phân xưởng 0,4 kV cung cấp cho các phụ tải động lực và chiếu sáng Trạm... ; 72,40) Đồ Án Môn Học Cung Cấp Điện Page 24 2.2.2 Vị trí đặt TBA phân xưởng Các xí nghiệp thường sử dụng các loại máy biến áp phân xưởng: - Các trạm biến áp cung cấp điện cho một phân xưởng có thể dùng loại liền kề có một tường của trạm chung với tường của phân xưởng nhờ vậy tiết kiệm được vốn xây dựng và ít ảnh hưởng đến công trình khác - Trạm lồng cũng được sử dụng để cung cấp điện cho một phần... dây phương án 1: Đồ Án Môn Học Cung Cấp Điện Page 28  Phương án 2: Ta đấu nối liên thông trạm 4 qua trạm 3 và trạm 2 qua trạm 1 Ưu điểm của phương án này là giảm được số lượng tuyến dây và tổng chiều dài dây dẫn Nhưng nhược điểm là tiết diện dây đấu nối liên thông sẽ lớn hơn do chịu tải lớn hơn Sơ đồ nối dây phương án 2: Đồ Án Môn Học Cung Cấp Điện Page 29 2.4.2 Tính toán lựa chọn phương án tối ưu... lực và phụ tải chiếu sáng, thông thoáng làm mát  Góc chiếu sáng , làm mát tính như sau: csi  360.Pcsi Ptti Ta có bảng tính toán biểu đồ phụ tải toàn xí nghiệp: Đồ Án Môn Học Cung Cấp Điện Page 20 Bảng 1.10: Tính toán biểu đồ phụ tải toàn xí nghiệp STT Tên phân xưởng Ptt , kW Stt , kW Pcs , kW XG, mm YG, mm Rpx, mm αcs 1 PX Đúc 955,25 1271,97 5,25 100 65 11,62 1,98 2 Bộ Phận Điện Phân 481,2 612,99... phương án cấp điện trong phân xưởng 2.4.1 Sơ bộ chọn phương án  Phương án 1 : Mỗi trạm biến áp được cấp từ một mạch đơn Ta kéo dây trực tiếp từ trạm biến áp trung tâm đến các trạm biến áp phân xưởng theo đường bẻ góc,các đường cáp sẽ được xây dựng dọc theo các mép đường và nhà xưởng Như vậy sẽ thuận tiện cho việc xây dựng,vận hành và phát triển mạng điện Đồ Án Môn Học Cung Cấp Điện Page 27 Sơ đồ nối... tâm trùng với tâm của phụ tải điện; có diện tích tỷ lệ tương ứng với công suất tính toán của phụ tải đó theo 1 tỷ lệ xích nào đó Biểu đồ phụ tải cho phép người thiết kế hình dung ra được sự phân bố phụ tải trong khu vực cần thiết kế từ đó vạch ra những phương án thiết kế thích hợp và kinh tế  Biểu đồ phụ tải toàn nhà máy là 1 vòng tròn có diện tích bằng phụ tải tính toán của phân xưởng đã chọn theo... tiện cho các tuyến dây đưa điện đến trạm cũng như các phát tuyến từ trạm đi ra,đồng thời phải đáp ứng được cho sự phát triển trong tương lai Đồ Án Môn Học Cung Cấp Điện Page 23 Vị trí của trạm được lựa chọn sao cho tổng tổn thất trên các đường dây nhỏ nhất Vị trí của trạm phải phù hợp với quy hoạch của xí nghiệp và các vùng lân cận Tọa độ TPPTT: XB   Si xi  Si và  Si Yi YB   Si Trong đó: Si là công. .. Si ri   m Trong đó: ri là bán kính vòng tròn biểu đồ phụ tải phân xưởng i (mm) Si là công suất tính toán của phụ tải phân xưởng tương ứng (kVA) m là tỷ lệ xích (kVA/mm2), chọn m=5  Mỗi phân xưởng có 1 biểu đồ phụ tải, tâm vòng tròn biểu đồ phụ tải trùng tâm phụ tải phân xưởng Các trạm biến áp được đặt gần sát tâm phụ tải Mỗi biểu đồ phụ tải trên Đồ Án Môn Học Cung Cấp Điện Page 19 vòng tròn được