Bộ giáo dục v đo tạo Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp Khoa điện Bộ môn cung cấp điện - nhiệt kỹ thuật Hớng dẫn đồ án Thiết kế hệ thống cung cấp điện xí nghiệp công nghiệp Thái nguyên, tháng 08 năm 2008 Trởng bộ môn Th.S Ngô Đức Minh Bộ giáo dục v đo tạo Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp Khoa điện Bộ môn hệ thống điện Hớng dẫn đồ án Thiết kế hệ thống cung cấp điện xí nghiệp công nghiệp Thái nguyên, tháng 08 năm 2008 Trởng bộ môn Th.S Ngô Đức Minh Các bớc tiến hnh thiết kế CCD cho XNCN Th.S Ngô Đức Minh 1 Lời nói đầu Môn học cung cấp điện đợc giảng dạy trong hai kỳ học vào những nắm cuối của khoá học hệ đại học ngành Điện khí hoá xí nghiệp, ngành Tự động hoá, ngnh S phạm kỹ thuật điện, với khối lợng gồm 11 chơng và 1 đồ án môn học, nhằm trang bị một khối lợng kiến thức mạnh để học sinh sau khi tốt nghiệp ra trờng có thể làm chủ đợc các công tác quản lý, vận hành mạng điện trong ngành điện lực cũng nh trong các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp hay những đơn vị sử dụng điện khác. Không những thế họ còn có thể làm chủ các đề tài thiết kế hệ thống điện, mạng điện cung cấp điện cho các nhà máy, xí nghiệp, khu công nghiệp, mạng điện sinh hoạt từ đô thị, thành phố, thị xã, nông thôn, miền núi đến các nhà cao tầng, các đề tài tự động hoá cung cấp điện trong xí nghiệp công nghiệp Để học sinh có khái niệm và nắm đợc một cách tổng quan các bớc tiến hành thực hiện một đề tài thiết kế cung cấp điện cho một nhà máy, xí nghiệp công nghiệp, thì bài viết này với chủ chơng giới thiệu một cách không đầy đủ nội dung của một đề tài thiết kế cung cấp điện, nhằm mục đích dẫn ra một bộ khung - sờn để làm cơ sở cho mỗi học sinh có thể từ đó phát triển thành đề tài thiết kế của mình một cách cá biệt và hoàn chỉnh. Bài viết là phiên bản đầu tiên nên không thể tránh khỏi những khiếm khuyết, Tác giả kính mong nhận đợc phê bình, sự giúp đỡ của đông đảo các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp. Xin trân thành cảm ơn ! Thái nguyên, ngày 23 tháng 08 năm 2008. Bộ môn Cung cấp điện - Nhiệt kỹ thuật Trởng bộ môn Th.S Ngô Đức Minh Các bớc tiến hnh thiết kế CCD cho XNCN Th.S Ngô Đức Minh 2 Nội dung đồ án Đề ti: Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xởng cơ khí 2 và toàn nhà máy cơ khí X. Số liệu nguồn: - Điện áp 10 kV. - Công suất ngắn mạch 700 MVA. - Nguồn cách nhà máy 10 km.(trạm biến áp trung gian khu vực) Số liệu phụ tải : - Phụ tải phân xơng cơ khí 2 - Bảng I. - Phụ tải nhà máy cơ khí X - bảng II. Nội dung thuyết minh v tính toán: Phần I: Giới thiệt sơ lợc quá trình công nghệ và yêu cầu cung cấp điện cho nhà máy. Phần II : Xác định phụ tải tính toán cho phân xởng cơ khí 2 và toàn nhà máy. Phần III: Thiết kế mạng điện phân xởng. Phần IV: Thiết kế mạng điện nhà máy. Phần V: Tính ngắn mạch và kiểm tra thiết bị điện. Phần VI: Thiết kế bảo vệ và đo lờng trạm biến áp. Các bản vẽ: - Sơ đồ mặt bằng đi dây phân xởng cơ khí 2. - Sơ đồ mặt bằng đi dây nhà máy. - Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện cho nhà máy và phân xởng cơ khí 2. - Sơ đồ bảo vệ và đo lờng trạm biến áp nhà máy. Các bớc tiến hnh thiết kế CCD cho XNCN Th.S Ngô Đức Minh 3 Phần I Giới thiệu quá trình công nghệ v yêu cầu cung cấp điện Điện năng đợc sản xuất ra từ nhà máy điện và truyền tải trên mạng. Điện năng là nguồn năng lợng chủ yếu không gì thay thế đợc trong mọi hoạt động sản suất của một nhà máy (xí nghiệp công nghiệp). Từ hoạt động của các máy móc thiết bị động lực, hệ thống chiếu sáng trong nhà máy đến hoạt động của các hệ thống các thiết bị sinh hoạt, thiết bị thí nghiệm, thiết bị văn phòng phục vụ cho công tác quản lý, điều chỉnh và điều hành sản xuất. Vì vậy bất cứ một nhà máy, xí nghiệp nào cũng đòi hỏi phải đợc ứng dụng một thiết kế hệ thống cung cấp điện đúng đắn nhất, hợp lý nhất. Có vậy mới đáp ứng đợc nhu cầu sử dụng điện và hiệu quả sử dụng điện của các loại hộ tiêu thụ trong nhà máy, xí nghiệp đó. Một hệ thống cung cấp điện cho một xí nghiệp công nghiệp bao gồm các khâu chính nh sau: - Trạm biến áp ( có thể cả đờng dây trên không đến trạm biến áp ) - Mạng điện sau trạm biến áp đến các phân xởng. - Mạng điện trong các phân xởng. Nếu là một xí nghiệp có quy mô lớn, gồm nhiều trạm biến áp hay phải thành lập trạm biến áp trung gian thì ta phải thiết kế sơ đồ nối dây hay hệ thống phân phối cao áp cho các trạm biến áp. Một hệ thống cung cấp điện hợp lý nhất hay gọi là phơng án tối u - nó đợc lựa chọn qua bài toán so sánh theo hai chỉ tiêu chính là tính kỹ thuật và tính kinh tế của một vài phơng án đa ra có tính thuyết phục cao. Muốn vậy phải tìm hiểu kỹ các đặc điểm của quy trình sản xuất, đánh giá phân loại hộ phụ tải cho từng máy, từng nhóm máy, từng phân xởng và nhà máy. Tức là công việc đầu tiên khi thiết kế ta phải phân tích quá trình công nghệ của nhà máy. I - Quá trình công nghệ của Nhà máy. Nhà máy X là một nhà máy giả định, nó mang nhng nét đặc trng cơ bản của những nhà máy hay xí nghiệp công nghiệp thờng có trong thực tế. Ví dụ đây là một nhà máy cơ khí thuộc bộ quốc phòng, sản phẩm của nhà máy là các Các bớc tiến hnh thiết kế CCD cho XNCN Th.S Ngô Đức Minh 4 thiết bị, phụ tùng, các chi tiết trang bị cho xe máy quân giới, các chi tiết khí tài quân sự Nhà máy có 12 hộ phụ tải chính là các nhà hành chính, các phân xởng, phòng thí nghiệm, ngoài ra còn có trạm bơm nớc, các sân kho, bãi trống, vờn hoa, đờng đi, gara ôtô Với các chức năng nhiệm vụ chính nh sau: Sơ đồ cấu trúc mối quan hệ giữa các phân xởng trong nhà máy Nhà hành chính là khu nhà cao tầng gồm nhiều phòng làm việc để lập kế hoạch, điều hành và chỉ huy toàn bộ hoạt động của nhà máy. Các phòng làm việc đợc trang bị các thiết bị sinh hoạt và thiết bị làm việc hiện đại, đòi hỏi đợc cung cấp điện với chất lợng điện năng cao. Phân xởng rèn, dập, bao gồm các máy rèn, dập sản xuất tạo phôi cho các chi tiết có kích thớc trung bình và lớn, các chi tiết đòi hỏi có sức bền hay đặc điểm cơ lý riêng rồi chuyển sang phân xởng cơ khí hay hàn tán gia công tiếp. Các thiết bị dùng điện có công suất trung bình từ 10 đến 50 kW. Các phân xởng cơ khí 1, 2 , 3 , 4 bao gồm chủ yếu là các máy cắt gọt kim loại cỡ trung và nhỏ, nhiệm vụ chủ yếu là gia công các chi tiết từ phôi cho đến khi hoàn thành để đa sang phân xởng lắp ráp và cơ điện. Các thiết bị dùng điện có công suất trung bình từ 3 đến 25 kW. Phân xởng hàn, tán có các máy hàn ( MBA hàn xoay chiều 1pha, MBA hàn một chiều chỉnh lu 3 pha, máy hàn một chiều tổ máy ĐC - MF, máy hàn điểm, máy hàn vành, máy hàn đờng Công suất từ 10 đến 30 kW); các máy khoan máy dập tán livê để ghép nối các chi tiết, các tấm, các khối công suất từ 5 đến 25 kW. Phân xởng đúc có các lò điện công suất từ vài chục đến hàng trăm kW, các lò than với hệ thống quạt gió công suất từ 2 đến 4 kW, cầu trục công suất từ 15 đến 70 kW. Nhiệm vụ là sản suất các phôi lớn, vỏ máy M ộ c Đ úc Cơ khí 1 Cơ khí 2 Nhi ệ t lu yệ n D ụ n g c ụ Lắ p rá p Cơ đi ệ n Kho SP Kiểm n g hi ệ m Kho N g .L Trạm bơm Rèn d ập Nhà hành chính Khí nén Các bớc tiến hnh thiết kế CCD cho XNCN Th.S Ngô Đức Minh 5 Phân xởng tôi, ram có các lò điện điện trở, lò cao tần, trung tần công suất khoảng vài chục kW. Nhiệm vụ để gia nhiệt và ủ nhiệt các chi tiết kim loại theo một công nghệ nào đó nhằm tạo ra cho chi tiết một đặc tính cơ lý riêng. Phân xởng cơ điện là phân xởng làm nhiệm vụ sản xuất các bộ phận cơ khí hay bộ phận điện, các lò sấy Hoặc ghép nối, lắp ráp các chi tiết, bộ phận cơ khí giữa cơ và điện với nhau. Các thiết bị dùng điện có công suất trung bình từ 3 đến 25 kW. Phân xởng dụng cụ, sửa chữa là một phân xởng tổng hợp, bao gồm nhiều các loại thiết bị máy móc khác nhau có công suất nhỏ và trung bình. Nhiệm vụ chính là sửa chữa các chi tiết, bộ phận hay các máy các thiết bị của nhà máy bị h hỏng trong quá trình sản suất hay bảo dỡng định kỳ. Phân xởng lắp ráp chủ yếu là các bàn láp ráp, các dây chuyền, băng tải với các thiết bị dùng điện công suất trung bình và nhỏ, phân bố đều và phụ tải chiếu sáng, điều hoà, thông gió. Ngoài ra có các phòng sơn, sấy công nghệ cao Phòng thí nghiệm gồm các bàn thí nghiệm, các máy công suất nhỏ và một số máy công suất cỡ trung bình để kiểm nghiệm chất lợng các nguyên liệu đầu vào và các chi tiết trung gian hay sản phẩm hoàn chỉnh đầu ra. Nhà kho có hai loại: Một là để chứa các nguyên liệu đầu vào và hai là dùng để chứa các sản phẩm do nhà máy sản xuất ra. Trong đó có các thiết bị chiếu sáng, thông gió, băng tải, dây chuyền vận chuyển hàng công suất từ vài kW đến vài chục kW. Ngoài ra là các sân bài ngoài trời có thể làm kho hở để tập kết nguyên vật liệu tạm thời hoặc kết hợp với hệ thống đờng giao thông nội bộ nhà máy, khu vờn hoa cây cảnh để tạo cảnh quan môi trờng tự nhiên, cải thiện cân bằng sinh thái cho các khu vực sản xuất khu công nghiệp, cải thiện môi sinh bảo vệ cho sức khoẻ ngời sản xuất trong khu vực nhà máy. Khu vực này cũng đòi hỏi một lợng công suất chiếu sáng khá đáng kể (theo tiêu chuẩn chiếu sáng ngoài trời). II - Yêu cầu cung cấp điện cho nhà máy. Căn cứ vào quy trình công nghệ của từng phân xởng ta thấy có một số phân xởng quan trọng có thể đựơc đánh giá thuộc hộ loại I nh nhà hành chính, PX đúc, rèn dập, cơ khí còn lại phân xởng khác xếp vào hộ loại II. Nh vậy toàn nhà máy đợc xếp vào hộ loại I. Từ đó ta đề ra phơng án cung cấp điện cho nhà máy phải thoả mãn các yêu cầu của hộ phụ tải loại I đồng thời hợp lý về kinh tế. Các bớc tiến hnh thiết kế CCD cho XNCN Th.S Ngô Đức Minh 6 III - Số liệu phụ tài tính toán. Phân xởng cơ khí 2 bao gồm các máy công cụ có các số liệu cơ bản cho trong bảng I, số liệu phụ tải tính toán của các phân xởng khác trong nhà máy đợc cho trong bảng II. 1. Phụ tải tính toán nhà máy X . Bảng I STT Tên phân xởng P tt (KW) Q tt (KVAR) Ghi chú 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Lắp ráp, cơ điện Phòng thí nghiệm Cơ khí 3 Hàn tán Kho1, kho 2 Hành chính Cơ khí 4 Đúc thép Đúc gang Cơ khí 1 Rèn, dập Cơ khí 2 170 15 280 65 14 25 527 380 450 198,1 715 P tt 48,7 7,5 160 51,4 0 10 505 215 220 113,6 567 Q tt Các bớc tiến hnh thiết kế CCD cho XNCN Th.S Ngô Đức Minh 7 2. Phụ tải phân xởng cơ khí 2. Bảng II STT Tên thiết bị Ký hiệu Số lợng P đm (KW) Cos K sd 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Mài dao phay Mài dao phay Quạt mát Mài dao phay Mài dao phay Mài 2 đá Doa toạ độ Hàn 1 pha Máy phay Khoan đứng Quạt mát Máy tiện Máy tiện Mài rãnh Mài lỗ Mài tròn Mài tròn Quạt mát Mài tròn Mài phẳng Mài tròn Mài tròn Quạt mát Phay đứng 3A692 3667 Q 3A692 3692 6 2450 H FVA K125 Q T616 162 311 3154 3131 312M Q 3151 3A42 35790 3725 Q GTG 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0,6 2 1,7 4,5 4,5 2,8 7 10 9 1,7 1,7 4,5 7 1 6 7 4,5 1,7 10 7 7 0,2 1,7 3 0,5 0,5 0,65 0,5 0,5 0,5 0,5 0,4 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,65 0,5 0,5 0,5 0,65 0,5 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Các bớc tiến hnh thiết kế CCD cho XNCN Th.S Ngô Đức Minh 8 Phần II Xác định phụ tải tính toán phân xởng cơ khí 2 v ton bộ nh máy Để tiến hành thiết kế cung cấp điện cho một hộ tiêu thụ điện nói chung, một số liệu quan trọng ta cần phải xác định đợc đó là giá trị phụ tải tính toán của hộ tiếu thụ đó. Đó là cơ sở chính để thiết kế sơ đồ cung cấp điện, lựa chọn các thiết bị trong sơ đồ điện, tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện áp trong mạng điện Phụ tải tính toán có thể xác định theo nhiều phơng pháp đã học nh: - Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu. - Xác định phụ tải tính toán theo công suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm. - Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại K max và công suất trung bình P tb (Còn gọi là phơng pháp số thiết bị điện có hiêụ quả n hq' ) P tt = K max K sd . P đm . Mỗi phơng pháp xác định phụ tải tính toán mà ta nêu ở trên cho kết quả tính toán với mức độ chính xác khác nhau. Đây là một thiết kế cung cấp điện hoàn chỉnh từ khâu khảo sát, đến thiết kế và lắp đặt hoàn thành và đa vào khai thác vận hành, đòi hỏi độ chính xác cao, nên ta chọn phơng pháp số thiết bị điện có hiệu quả để xác định phụ tải tính toán cho phân xởng và nhà máy. A - Xác định phụ tải tính toán phân xởng cơ khí 2. Đối một phân xởng cũng nhà máy ta phân thành hai loại phụ tải là phụ tải động lực và phụ tải chiếu sáng để tính phụ tải tính toán theo hai cách tính khác nhau. I - Xác định phụ tải động lực. Để xác định phụ tải tính toán động lực cho một phân xởng cơ khí, về nguyên tắc ta có thể coi phân xởng nh một nhóm thiết bị, cho dù số thiết bị (số máy) trong phân xởng có thể là khá lớn từ vài chục máy đến hàng trăm máy. Nhng vấn đề căn bản là ta phải hình dung tới sơ đồ CCĐ cho các máy sao cho đáp ứng đợc các yêu cầu CCĐ của loại hộ tiêu thụ đã phân loại, đồng thời thuận tiện nhất cho phơng án đi dây và các thao tác vận hành khi khai thác sử dụng. Dựa theo các dạng sơ đồ nguyên lý cơ bản của mạng điện phân xởng, nếu ứng dụng dạng sơ đồ hình tia là chính thì ta có thể phân chia các máy trong phân [...]... phải có chiếu sáng điện Vì cho dù là ban ngày thì ánh sáng tự nhiên (ánh sáng mặt trời) cũng không đủ để đáp ứng cho yêu cầu sản xuất, phải đợc bổ sung thêm bằng ánh sáng điện Còn về ban đêm (làm việc ca đêm) thì ánh sáng hoàn toàn do hệ thống chiếu sáng điện cung cấp Mặt khác chiếu sáng điện còn chia thành 2 loại là chiếu sáng làm việc và chiếu sáng sự cố Việc thiết kế hệ thống chiếu sáng cho hoạt động... sơ đồ cung cấp điện cho nhà máy I Chọn sơ đồ cung cấp điện phần bên ngoài nhà máy Hệ thống cung cấp điện bên ngoài nhà máy bao gồm đờng dây từ trạm biến áp hệ thống đến đầu vào của trạm biến áp xí nghiệp Nhà máy X đợc cung cấp điện từ nguồn có điện áp 10 kV Khoảng cách từ nguồn tới nhà máy là 10 km Phụ tải tính toán của nhà máy là 3247 kVA Hộ phụ tải toàn nhà máy đợc xếp loại I Do đó ta thiết kế sơ đồ. .. dây dẫn cung cấp điện cho quạt đợc đặt tự do trên nền nhà phân xởng, và vì vậy nhiệt độ môi trờng đặt dây dẫn cho quạt là nhiệt độ của không khí: t0 = 250C K1 = 1 + K2: hệ số xét đến tình hình có nhiều cáp đặt sát nhau Trong phân xởng cơ khí 2, các dây dẫn cung cấp điện cho từng máy đợc đặt trong các ống thép cách xa nhau, do đó K2 = 1 Đối với dây dẫn cung cấp điện cho quạt cũng có K2 = 1 + K3: hệ. .. Ta thiết kế sơ đồ cung cấp điện cho các phụ tải động lực là kiểu sơ đồ hình tia Cấu trúc của sơ đồ hình tia mạng điện phân xởng cơ khí 2 đợc mô tả nh sau: Xuất phát nguồn là một tủ phân phối trung gian của phân xởng từ đó có các đờng dây hình tia cung cấp điện cho các tủ động lực, mỗi tủ động lực cấp điện cho mỗi nhóm máy Trong mỗi nhóm máy, từ tủ động lực có các đờng dây hình tia cấp điện đến từng... kim loại - Sơ đồ mạng điện chiếu sáng: Chiếu sáng làm việc trong các phân xởng cơ khí thờng áp dụng hình thức chiếu sáng hỗn hợp giữa chiếu sáng chung và chiếu sáng cục bộ Thiết bị chiếu sáng của mạng chiếu sáng chung là các bóng đèn có công suất không lớn từ 200 W đến 500 W phân bố đồng đều phía trên trần nhà nên ta chọn kiểu sơ đồ ứng dụng cho mạng điện chiếu sáng là hình tia Điểm cấp nguồn hoặc... kế mạng điện phân xởng có thể ứng dụng từ những kiểu sơ đồ nguyên lý cơ bản nh: Sơ đồ hình tia, phân nhánh hoặc hỗn hợp - Sơ đồ mạng điện động lực: Căn cứ vào đặc điểm, yêu cầu cung cấp điện cho phân xởng cơ khí 2: Các thiết bị động lực chủ yếu là các máy gia công kim loại cỡ trung bình và nhỏ, yêu cầu cung cấp điện theo độ tin cậy, an toàn tơng đối cao, mặt khác chúng đợc bố trí tơng đối đồng đều... Chọn dây dẫn cung cấp điện cho từng máy Để truyền cấp điện từ tủ động lực đến từng máy, ta dùng dây dẫn có cách điện cao su, vỏ bọc vải dệt, lõi đồng, đặt trong ống thép Mã hiệu dây: PTO500 Th.S Ngô Đức Minh 22 Các bớc tiến hnh thiết kế CCD cho XNCN Dây dẫn hạ áp đợc lựa chọn theo dòng điện lâu dài cho phép, điều đó đảm bảo cho nhiệt độ của dây dẫn không đạt tới nhiệt độ nguy hiểm cho cách điện của... II Chọn sơ đồ cung cấp điện nội bộ trong nhà máy Sơ đồ cung cấp điện nội bộ trong nhà máy đảm bảo việc phân phối điện bên trong lãnh thổ nhà máy kể từ trạm biến áp chính đến tận các thiết bị dùng điện Vì số nhánh của mạng lớn, đờng dây tổng cộng dài, số thiết bị điện nhiều nên cần phải lựa chọn sơ đồ sao cho đảm bảo tính an toàn cung cấp điện cao, đồng thời thoả mãn cả hai chi tiêu Kinh tế và kỹ thuật... thức chuyên sâu về chiếu sáng nh: Các tiêu chuẩn chiếu sáng do nhà nớc quy định, cá hình thức chiếu sáng, các loại thiết bị chiếu sáng, mạng điện chiếu sáng, ảnh hởng của chiếu sáng đến sức khoẻ ngời lao động, đến năng suất, chất lợng, hiệu quả lao động Nhng ở đây chỉ đề cập đến một thông số cơ bản để phục vụ cho thiết kế cung cấp điện đó là giá trị phụ tải tính toán chiếu sáng Có nhiều phơng pháp tính... này xuất tuyến cho các đờng cáp cấp điện cho các phân xởng Nh vậy các phân xởng nhận điện năng ở cấp điện áp 0,4/ 0,23 kV Việc thiết kế hệ thống cấp điện cho các phân xởng tuỳ thuộc vào phân loại hộ tiêu thu cho phân xởng, giá trị phụ tải tính toán và các đặc điểm riêng của phân xởng đó Ví dụ nh sau: - Phân xởng loại I ( phân xởng 2 và phân xởng 4) phải thiết kế cấp điện từ ít nhất là 2 đờng dây đến . sung thêm bằng ánh sáng điện. Còn về ban đêm (làm việc ca đêm) thì ánh sáng hoàn toàn do hệ thống chiếu sáng điện cung cấp. Mặt khác chiếu sáng điện còn chia thành 2 loại là chiếu sáng làm việc. nghiệp Khoa điện Bộ môn hệ thống điện Hớng dẫn đồ án Thiết kế hệ thống cung cấp điện xí nghiệp công nghiệp Thái nguyên, tháng 08 năm 2008 Trởng. Khoa điện Bộ môn cung cấp điện - nhiệt kỹ thuật Hớng dẫn đồ án Thiết kế hệ thống cung cấp điện xí nghiệp công nghiệp Thái nguyên, tháng 08 năm 2008