Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy sản xuất vòng bi

BATT-B4 16 80 1,47 0,117 1348,73 2,12 BATT-B5 16 200 1,47 0,294 773,84 1,76 BATT-B7 25 0,05 0,93 0,0465 2609,14 3,17 B3 -B5 16 0,21 1,47 0,308 1021,08 3,2 ΔP∑3 = 20,51kw • Chi phí tính toán : ΔA3 = ΔP∑3.τ = 20,51 . 3300 = 67683 kwh → Z3=0,3.K3+ C.ΔA3 = 0,3 . 52770.103+750.67683=66593 . 103đ → Z3 = 66593 .103đ 7.2. So sánh các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của các phương án: Các tuyến cáp đã chọn vượt cấp, các TBAPX rất gần TBATT, các phương án coi như điều kiện tổn thất điện áp đã đạt yêu cầu và không đem so sánh nữa. Bảng 3-9 Phương án Ki .103đ ΔAi kwh Zi .103đ 1 51045 66693 65333 2 55920 83886 79690 3 52770 67683 66593 Theo bảng trên ta thấy : - Xét về mặt kinh tế thì phương án 1 có chi phí tính toán hàng năm (Z) là nhỏ nhất. - Xét về mặt kỹ thuật thì phương án 1 có tổn thất điện năng hàng năm bé nhất - Xét về mặt quản lý vận hành thì phương án 1 có sơ đồ hình tia → thuận lợi cho vận hành, sửa chữa. Vậy chọn Phương án 1 làm phương án tối ưu của mạng cao áp. 8. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ THUYẾT MINH VẬN HÀNH CỦA PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 48 8.1. Sơ đồ nguyên lý : (sơ đồ ở trang sau.) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 49 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 50 Hình 3.4. Sơ đồ nối trạm biến áp phân xưởng đặt 1 MBA Hình 3.5. Sơ đồ đấu nối các trạm phân xưởng đặt 2 MBA. Tủ cao áp CD - CC MBA 10/0,4KV Tủ Aptomat tổng Tủ Aptomat nhánh Tủ cao áp Máy biến áp 10/0,4K Tủ aptômát tổng Tủ aptômát nhánh Tủ A phân đoạn Tủ áptômát Tủ aptômát tổng Máy biến áp 10/0,4K Tủ cao áp Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 51 Sơ đồ nguyên lý mạng cao áp toàn xí nghiệp 35KV CSV MC BATT MC BU TG 10 KV MCLL TG 10 KV 0,4 KV B6 CC CD B1 B2 B3 B4 B5 B7 Hình 3 - 6 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 52 8.2. Các thiết bị và nguyên tắc vận hành: a. Các thiết bị: - Đường dây trên không 35kv dùng dây AC-95, có đặt máy cắt loại SF6. - Phía cao áp của trạm BATT đặt máy cắt SF6 và đầu vào trạm đặt chống sét van. - Phía hạ áp (10kv) của trạm BATT sử dụng hệ thống một thanh góp gồm hai phân đoạn, chúng được liên hệ với nhau bằng máy cắt liên lạc (MCLL). + Các máy cắt cấp 10kv được sử dụng máy cắt hợp bộ. + Trên mỗi phân đoạn ta đặt các biến điện áp 3 pha 5 trụ ( BU ). - Phía cao áp (10Kv) trạm biến áp phân xưởng dùng tủ cầu dao- cầu chì trọn bộ. - Phía hạ áp (0,4Kv) của trạm BAPX đặt Aptomat tổng (AT) và các Aptomat nhánh, trạm 2 MBA ta đặt thêm Aptomat liên lạc (ATLL). b. Nguyên tắc vận hành: - Bình thường các MCLL, ATLL luôn mở, các máy biến áp làm việc độc lập với nhau (vận hành hở). - Khi một trong hai MBA bị sự cố hay được đưa ra sửa chữa thì các MC (CD- CC) phía cao áp và MC (AT) hạ áp sẽ cắt ra và MCLL (ATLL) sẽ được đóng lại để liên thông giữa hai phân đoạn - Khi sự cố hay sửa chữa thanh cái của phân đoạn nào thì các MC nối với phân đoạn đó được cắt ra. - Bảng thông số kỹ thuật các máy biến áp phân xưởng : Bảng 3-10 Sđm,kVA UC, kv UH, kv ΔP0, W ΔPN, W UN% 1000 10 0,4 1750 13000 5,5 800 10 0,4 1400 10500 5,5 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 53 + Tổng hợp lại ta thấy rằng phương án 1 có chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật tốt hơn phương án 2, vì vậy chọn phương án cung cấp điện 1 cho nhà máy. Sơ đồ nguyên lý mạch cao áp của nhà máy được trình bày ở bản vẽ 2.6 dưới đây. Chương III TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH VÀ LỰA CHỌN KIỂM TRA THIẾT BỊ ĐIỆN. I- TÍNH NGẮN MẠCH: 1/ Sơ đồ thay thế: Sơ đồ hệ thống điện có thể biểu diễn như sau: Sơ đồ thay thế như sau: Zc1: Tổng trở của đoạn cáp từ trạm biến áp khu vực đến trạm phân phối của nhà máy. N1 N2 ~ HT BAPX Uht Xht ZC1 ZC2 N2 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 54 Zc2: Tổng trở của đoạn cáp từ trạm phân phối của nhà máy đến trạm biến áp phân xưởng. - Các tham số trong sơ đồ thay thế. Trong phần này, để chọn máy cắt điện & cáp cao áp, ta chỉ cần tính dòng ngắn mạch tại 2 điểm N1 & N2 (hình vẽ trên). Vì chỉ tính trong một cấp điện áp nên tính trong hệ đơn vị có tên sẽ thuận lợi. + Điện kháng của hệ thống Như đã biết công suất ngắn mạch tại thanh góp 10KV của trạm biến áp khu vực là SN1 = 200 (MVA). Vì hệ thống có công suất vô cùng lớn nên có thể coi UHT là không đổi & UHT = 10,5KV. Điện kháng của hệ thống được xác định như sau: XHT = )(55,0200 5,10 2 1 2 Ω== S U N HT (3.1) + Tổng trở của đoạn cáp từ trạm biến áp khu vực đến Zc1. .Đường dây từ trạm biến áp khu vực đến nhà máy là đường cáp kép có tiết diện là 150mm2 & chiều dài là 3km r0 = 0,123 (Ω/km) X0 = 0,079 (Ω/km) Điện trở & điện kháng của đường dây là: Rc1 = )(1845,02 3.123,0 2 .0 Ω==lr Xc1 = )(1185,02 3.079,0 2 .0 Ω==lx Zc1 = 146,0079,0123,0 2222 =+=+ XR (Ω) = 0,21927 2/ Xác định dòng ngắn mạch tại N1. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 55 Vì hệ thống được coi là nguồn công suất vô cùng lớn, điểm N1 ở xa nguồn nên có thể bỏ qua quá trình quá độ khi ngắn mạch, dòng ngắn mạch thay đổi rất ít & có thể coi là I" = I∞ = IN Dòng ngắn mạch tại N1 được xác định như sau: IN1 = 11 3.5,10 200 3. == U S dm N (KA) Dòng ngắn mạch xung kích được xác định như sau: IXk = KXk . IN . 2811.2 = (KA) - Kxk : Hệ số xung kích, trong trường hợp này có thể lấy Kxk = 1,8. 3/ Xác định dòng ngắn mạch tại điểm N2 Biến đổi sơ đồ thay thế như sau: 1 1 1 2 222 ( ) (0,55 0,1185)0,1845 0,693( )dt ht c c c htR X X Z X ntZ + + + += = = = Ω Dòng ngắn mạch tại N2 là: 10,5 8,78( ) 3 0,69. 3 ht N dt U I KA Z = = = Dòng xung kích tại điểm N2 IXK = Kxk . 2 . IN2 = 1,8 . 2 . 8,79 = 22,4 (KA) II- CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN 1/ Kiểm tra ổn định nhiệt của cáp a/ Kiểm tra ổn định nhiệt của cáp từ trạm biến áp khu vực đến trạm phân phối của nhà máy: Uht Zđt N2 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 56 Dòng ngắn mạch lớn nhất có thể chạy qua đoạn cáp này là. IN1 = 11 KA Tiết diện nhỏ nhất của cáp có ổn định nhiệt được xác định theo công thức sau: Fmin = α . I∞ t (mm2) (3.3) α: Hệ số phụ thuộc vật dẫn, ở đây dùng cáp lõi đồng có α = 7 I∞: Dòng ngắn mạch duy trì lớn nhất có thể đi qua cáp (KA) t: Thời gian duy trì ngắn mạch, phụ thuộc vào thời gian tác động của bảo vệ rơle, ở đoạn đường dây này thì t = 1 (s) Theo công thức (3.3) thì tiết diện nhỏ nhất của cáp có ổn định nhiệt khi xảy ra ngắn mạch trên đoạn này là: Fmin 1= α . IN1 . t = 7 . 11 = 77 (mm2) So sánh với tiết diện của cáp đã chọn ở phần trên là 150mm2 >77mm2, vậy cáp đã chọn như vậy là thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt. b/ Kiểm tra ổn định nhiệt của cáp từ trạm phân phối của nhà máy đến các trạm biến áp phân xưởng. Dòng ngắn mạch lớn nhất có thể chạy qua đoạn cáp này là IN2 = 8,79 (KA). Thời gian tồn tại ngắn mạch ở đoạn này là t = 1,5 (s). Theo công thức (3.3) tiết diện nhỏ nhất của cáp có ổn định nhiệt trong đoạn này là: IN = α . IN2 . t = 7 . 8,79 . 5,1 = 75,36 mm2 Vậy cáp có tiết diện 50mm2 < 75,36 mm2 như đã chọn ở trên là không thỏa mãn. Do vậy theo điều kiện ổn định nhiệt, chọn cáp đồng có tiết diện là 95mm2 cho các đường dây nối từ trạm phân phối của nhà máy đến các trạm biến áp phân xưởng. 2/ Chọn và kiểm tra máy cắt. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 57 - Các điều kiện chọn, kiểm tra máy cắt + Điều kiện chung: Uđm ≥ Um Iđm ≥ ILVmax + Điều kiện kiểm tra: Ildd ≥ IXK 2 2. .nh nhI t I t∞≥ Iđmcắt ≥ I" Trong đó: Um: Điện áp định mức của mạng điện ILVmax : Dòng điện làm việc lớn nhất đi qua máy cắt Ildd: Dòng ổn định động của máy cắt Inh: Dòng ổn định nhiệt của máy cắt ở thời gian Inh t: Thời gian duy trì ngắn mạch, ở đây t = 1,5 (s) I": Dòng ngắn mạch siêu quá độ, ở đây như đã trình bày ở trên I" = I∞ = 8,79 (KA) - Chọn máy cắt đầu vào trạm phân phối Dòng điện làm việc lớn nhất qua máy cắt là: ILVmax = SbΣ' / (2 . .3 Iđm) = 10692 / (2 . .3 10) = 308 (A) Vậy có thể chọn máy cắt BMΓ 133-I có các thông số như sau: Uđm = 10 (KV) Iđm = 630 (A) Ildd = 52 (KA) Icắtđm = 11,6 (KA) Inh / tnh = 20/5 (KA/sec) + Kiểm tra ổn định động Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 58 Như đã tính ở phần tính toán ngắn mạch IXk2 = 22,4 (KA) Vậy là máy cắt vừa chọn thỏa mãn điều kiện ổn định động + Kiểm tra ổn định nhiệt I nh2 .tnh = 202 . 5 = 2000 (KA2.sec) tI .2∞ = 5,1.79,8 2 = 115,9 (KA2.sec) ⇒ I nh2 tnh > tI .2∞ , vậy máy cắt vừa chọn thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt. + Kiểm tra khả năng cắt Icắtdm = 11,6 (KA) > I" = 8,79 (KA) Vậy là máy cắt vừa chọn thỏa mãn khả năng cắt ngắn mạch. - Tất cả các máy cắt ở trạm phân phối được chọn cùng một loại, vì vậy các máy cắt đường dây ra cũng là loại BMΓ 133-I. Vì máy cắt đầu vào đã thỏa mãn các điều kiện kiểm tra rồi, mà dòng làm việc đi qua máy cắt đầu vào lớn hơn nhiều so với dòng làm việc đi qua các máy cắt đầu ra, nên máy cắt vừa chọn cũng thỏa mãn cho các đường dây ra, không cần kiểm tra lại nữa. - Trạm phân phối được ghép bởi các tủ phân phối hợp bộ loại KCO - 2YM do Liên Xô chế tạo. Sơ đồ nguyên lý của trạm phân phối trình bày trên bản vẽ 2.4, còn sơ đồ ghép nối các tủ hợp bộ của trạm phân phối được trình bày trên bản vẽ 3.1. Đặc tính kỹ thuật của tủ phân phối hợp bộ KCO-2YM như sau: Bảng 17 Uđm (KV) Iđm (A) Iđm thanh góp (A) Kiểu máy cắt Iđmcắt (KA) Ildd (KA) Kiểu truyền động Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 59 10 600 900 BMΓ-133I 11,6 52 ΠC-10 - Chọn thiết bị cho trạm biến áp phân xưởng Trạm biến áp phân xưởng được ghép bởi các tủ phân phối hợp bộ & các máy biến áp đã chọn ở phần trên. + Đầu vào máy biến áp là tủ dao cách ly loại tủ KCO-2YM có dòng định mức là 600(A) + Lộ ra là các tủ phân phối hạ áp kiểu OЩ, trong đó sử dụng áptômát kiểu AB10, AB15 của Liên Xô chế tạo. + Sơ đồ ghép nối các trạm có một máy biến áp được trình bày trên bảng vẽ 3.2, sơ đồ ghép nối của các trạm có hai máy biến áp thể hiện trên bản vẽ 3.3. Chương IV BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO NHÀ MÁY SẢN XUẤT VÒNG BI Như chúng ta đã biết, các phụ tải động lực tiêu thụ rất nhiều công suất phản kháng, công suất phản kháng dùng để từ hóa mạch từ, bộ phận không thể thiếu được trong các máy điện & máy biến áp. Việc chuyển tải công suất phản kháng trên đường dây gây ra rất nhiều tốn kém do phải tăng thiết bị đường dây & thiết bị phân phối, làm tăng tổn thất điện năng cũng như tổn thất điện áp trong hệ thống điện & làm giảm khả năng tải của đường dây ... Trong khi đó lại có thể tạo ra được công suất phản kháng tại nơi tiêu thụ bằng các thiết bị bù như là máy bù đồng bộ & tụ điện tĩnh. Vì vậy việc bù công suất Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 60 phản kháng cho các phụ tải tiêu thụ nhiều công suất phản kháng là vô cùng cần thiết. Đối với hệ thống điện việc bù công suất phản kháng phải dựa trên các tính toán kinh tế kỹ thuật. Nhưng đối với một xí nghiệp công nghiệp nhỏ, việc bù công suất phản kháng chủ yếu là để thỏa mãn hệ số công suất cosϕ mà công ty điện đã quy định. Trong hệ thống cung cấp điện cho nhà máy sản xuất vòng bi cũng vậy, chúng ta sẽ bù công suất phản kháng cho nhà máy để đạt hệ số công suất cosϕ mong muốn & phân bố các công suất bù sao cho hợp lý nhất. I- XÁC ĐỊNH DUNG LƯỢNG BÙ CẦN THIẾT. Theo kết quả tính toán của phần trên công suất tính toán của nhà máy như sau: Ptt = 7229,3 (KW) Qtt = 5422,0 (KVAR) Stt = 9036,8 (KVA) Hệ số công suất của nhà máy là: cosϕ = Ptt / Stt = 7229,3 / 9036,8 = 0,7999 ≈ 0,8 Mục tiêu là bù một lượng công suất phản kháng sao cho hệ số công suất của nhà máy cosϕ = 0,95 Lượng công suất phản kháng cần bù thêm được tính như sau: Qbù = Ptt (tgϕ1 - tgϕ2) (KVAR) (4.1) ϕ1 : Góc lệch pha của nhà máy trước khi bù ϕ2: Góc lệch pha của nhà máy sau khi bù Ở đây: cosϕ1 = 0,8 ⇒ tgϕ1 = 0,75 cosϕ2 = 0,95 ⇒ tgϕ2 = 0,329 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 61 Thay các giá trị này vào công thức 4.1 ta tìm được lượng công suất phản kháng cần bù là: Qbù = Ptt (tgϕ1 - tgϕ2) = 7229,3 (0,75 - 0,329) = 3043,5 (KVAR) Như vậy để đạt hệ số công suất cosϕ = 0,95 thì nhà máy phải bù thêm một lượng công suất phản kháng nữa là 3043,5 (KVAR). Việc bù công suất phản kháng có thể thực hiện bằng tụ điện tĩnh hoặc máy bù đồng bộ. Trong trường hợp này, nhà máy là một phụ tải nhỏ, lượng công suất phản kháng cần bù chỉ có 3043,5 (KVAR), diện tích nhỏ hẹp nên thích hợp với thiết bị bù là tụ điện tĩnh. Vì tụ điện tĩnh có đặc điểm là giá tiền rẻ, lắp đặt vận hành đơn giản, kích thước nhỏ. II- PHÂN BỐ DUNG LƯỢNG BÙ CHO CÁC NHÁNH: Khi đã biết tổng dung lượng công suất phản kháng cần phải bù tại nhà máy, thì việc tiếp theo là phân bố chúng trên các nhánh một cách kinh tế nhất. Mạng cao áp của nhà máy thuộc kiểu hình tia. Dựa trên tiêu chuẩn của sự tổn thất công suất ít nhất trên các nhánh đường dây của mạng hình tia, người ta xây dựng được công thức xác định dung lượng bù hợp lý tại mỗi nhánh trong mạng điện hình tia như sau: Qbùi = Qi - r QQ i bï− . rtd (KVAR) Qbù : Dung lượng bù ở nhánh thứ i (KVAR) Q: Tổng phụ tải phản kháng của nhà máy (KVAR) Qbù= Tổng dung lượng cần phải bù cho mạng điện của nhà máy (KVAR) ri: Điện trở đường dây của nhánh thứ i (Ω) ri = r0 . l1 / n n: Số đường dây song song Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 62 r0 : Điện trở của 1 km đường dây cáp đồng 95 mm2 có r0 = 0,2 (Ω/km) Điện trở đường dây của nhánh thứ nhất là: r1 = r0 . l1 / n = 0,2 . 0,107 / 2 = 0,0107 (Ω) Điện trở đường dây của các nhánh khác cũng cũng tính toán tương tự như vậy, kết quả được ghi ở bảng 19 Rtđ: Điện trở tương đương của tất cả các nhánh đường dây (Ω), nó được xác định như sau: ∑= = n i itd rR 1 11 (4.3) Thay các giá trị cụ thể vào công thức (4.3) tính được điện trở tương đương của các nhánh là: Rtđ = 00142,01 1 1 = ∑ = n i ir (Ω) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 63 - Áp dụng công thức (4.2) tính được dung lượng cần bù ở nhánh 1 là: Qbù1 = Q1 - 1,75200142,0.0107,0 5,304352881050. 1 =−−=− r r QQ td bu (KVAR) - Dung lượng cần bù ở các nhánh còn lại cũng được tính toán tương tự, kết quả tính thể hiện ở bảng 19. Bảng 19 Tên đường dây r0 (Ω/km) l (km) r (Ω) Rtđ (Ω) Qi (KVAR) Qbùi (KVAR) TPP - T1 0,2 2x0,107 0,0107 1050 752,1 TPP - T2 0,2 2x0,05 0,005 1236 598,6 TPP - T3 0,2 2x0,079 0,0079 0,00142 900 496,6 TPP - T4 0,2 1x0,043 0,0086 750 379,4 TPP - T5 0,2 2x0,06 0,006 1352 820,8 III- XÁC ĐỊNH DUNG LƯỢNG BÙ TỐI ƯU PHÍA HẠ ÁP: Như chúng ta đã biết, giá tiền của tụ bù cao áp rẻ tiền hơn tụ bù hạ áp có cùng dung lượng. Nhưng việc bù phía hạ áp lại có ưu điểm hơn là giảm được lượng công suất phản kháng truyền trong mạng hạ áp & truyền qua máy biến áp do đó mà giảm được đáng kể tổn thất điện năng & tổn thất điện áp trong mạng hạ áp. Vì vậy mà việc đặt thiết bị bù phía hạ áp hay cao áp còn phải tùy thuộc & từng trường hợp cụ thể. Giải bài toán tìm cực đại của hàm hiệu quả kinh tế khi bù phía hạ áp, người ta xác định được dung lượng bù tối ưu phía hạ áp theo công thức sau: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 64 )5.4( ....2 10.).( )4.4()( 32 tkn UaaM KVAR RR MQQ caothap tdb buthap β −= +−= Q: Phụ tải phản kháng của trạm biến áp phân xưởng athap: Giá tiền 1 KVAR tụ hạ áp, athap= 120.000 đ/ KVAR acao: Giá tiền 1 KVAR tụ cao áp, acao= 100.000đ/ KVAR U: Điện áp định mức của mạng hạ áp, U=0,38KV n: Thời gian thu hồi vốn đầu tư, thời gian thu hồi vốn đầu tư tiêu chuẩn theo quy định là n = 8năm k: Hệ số có xét đến số ca làm việc trong ngày, ở đây nhà máy làm việc 3 ca nên k = 0,75 β: Giá tiền của 1kwh điện năng, β = 500đ/ kwh t: Số giờ làm việc trong năm, t = 8760h Rb: Điện trở của máy biến áp quy về phía điện áp thấp Rtđ: Điện trở tương đương của mạng hạ áp, ở đây tạm lấy Rtđ = 0,4. Rb + Thay giá trị cụ thể vào công thức (4.5) ta xác định được giá trị của M là: + Phụ tải phản kháng của trạm biến áp phân xưởng bao gồm cả tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp. Q = Qtt + ΔQb (KVAR) (4.6) Tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp được tính như sau: 05495,0 8760.5,0.75,0.8.2 10.38,0).100120( ....2 10.).( 3232 =−=−= tkn UaaM caothap β Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 65 ΔQb = n . ΔQ0 + XnU S b tt . .10. 32 2 (KVAR) (4.7) ΔQ0 : Tổn thất công suất phản kháng không tải + Với máy TM 1600/10 thì ΔQ0 = 20,78 (KVAR) + Với máy TM 1000/10 thì ΔQ0 = 14 (KVAR) Xb: Điện kháng rò của máy biến áp quy về phía cao áp + Với máy TM 1600/10 thì Xb = 3,39 (Ω) + Với máy TM 1000/10 thì Xb = 5,36 (Ω) Stt: Phụ tải tính toán của trạm biến áp đó (KVA) + Thay các giá trị cụ thể vào công thức (4.7) tính được tổn thất công suất phản kháng trong các máy biến áp của trạm T1 là: ΔQb1= nΔQ0+ 2.10.10 7,177178,20.2. .10. 32 2 132 2 +=XnU S b tt .3,39 = 94,8(KVAR) Áp dụng công thức (4.6) tính được phụ tải phản kháng của trạm biến áp T1 là: Q = Qtt + ΔQb = 1050 + 94,8 = 1144,8 (KVAR) + Phụ tải phản kháng của các trạm biến áp phân xưởng khác cũng tính toán tương tự như vậy, kết quả thể hiện trong bảng 20 Bảng 20: Tên trạm biến áp Số ba ΔQ0 (KVAR) Xb (Ω) Stt (KVA) ΔQb (KVAR) Qtt (KVAR) Q (KVAR) T1 2 20,78 3,39 1771,9 94,8 1050 1144,8 T2 2 20,78 3,39 2100 110,4 1236 1346,4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 66 T3 2 14 5,36 1515,6 89,6 900 989,6 T4 1 20,78 3,39 1264,6 75 750 825 T5 2 14 5,36 2180,3 122,1 1352 1474,1 + Điện trở quy về phía điện áp thấp của máy biến áp là rb = k Rb 2 (Ω) rb : Điện trở của máy biến áp quy về phía hạ áp k: Tỉ số biến áp, k = 10/0,38 = 26,32 Với máy biến áp TM 1600/10 rb = 0,7/ 26,32 = 1.10-3 Với máy biến áp 1000/10 rb = 1,22/ 26,32 = 1,76 . 10-3 + Thay các giá trị cụ thể vào công thức (4.4), tính được dung lượng bù tối ưu phía hạ áp của trạm biến áp T1 là: Qbuthap1 = Q - 10.2 1).4,01( 05495,08,1144 3−+ −=+ RR M tdb = 1066 (KVAR) + Đối với các nhánh khác cũng tính toán tương tự như vậy & được kết quả như ở bảng 21. Bảng 21: Tên trạm biến áp Qbù thap tu (kvAR) Qbù (kvAR) Dung lượng bù thực tế (kvAR) T1 1066 752,1 21 x 36 T2 1267,9 589,6 17 x 36 T3 945,0 496,6 14 x 36 T4 785,8 379,4 11 x 36 T5 1395,6 820,8 23 x 36 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 67 Thấy rằng dung lượng bù hạ áp tối ưu ở các nhánh đều lớn hơn lượng công suất phản kháng cần bù tại các nhánh đó. Vì vậy có thể kết luận rằng nên bù toàn bộ phía hạ áp. IV- CHỌN THIẾT BỊ BÙ: Như đã trình bày ở phần trên, ở nhà máy này chúng ta bù công suất phản kháng bằng tụ điện tĩnh. Điện áp định mức của tụ là 0,38KV, Gồm các bộ tụ 3 pha nối tam giác & được bảo vệ bằng áptômát. Các bộ tụ điện tĩnh này sẽ được đặt ở các tủ động lực của các phân xưởng. Chọn loại tụ KC2 - 0,38-36-3Y3 có điện áp định mức là 0,38KV, công suất là 36 (KVAR) do Liên Xô chế tạo. Với nhánh số 1, công suất phản kháng cần bù là 752,1(KVAR), số bộ tụ cần dùng là: n = 752,1 / 36 = 20,89, vậy ở nhánh số 1 sẽ chọn 21 bộ tụ KC2- 0,38-36-3Y3 với công suất bù là 21 x 36 = 756 (KVAR) Với các nhánh khác cũng tính toán tương tự như trên, số lượng tụ bù sử dụng ở mỗi nhánh được ghi ở bảng 20. Tổng công suất phản kháng được bù cho nhà máy chính xác là: QbùΣ = (21 +17 + 14 + 11 + 23). 36 = 3096 (KVAR) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 68 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 69 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 70 Chương V TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT Như chúng ta đã biết, trong nhà máy thường xuyên có người làm việc & tiếp xúc với các thiết bị điện. Nếu cách điện bị hỏng thì các bộ phận bằng kim loại (vỏ thiết bị, tay cầm ...) sẽ mang điện áp & gây nguy hiểm cho người vận hành chúng. Vì vậy việc nối đất các bộ phận bằng kim loại mà có khả năng có điện áp khi cách điện bị hỏng nhằm đảm bảo cho điện thế tiếp xúc luôn ở giá trị không gây nguy hiểm cho con người. Tùy theo tính chất của từng mạng điện (dòng điện chạm đất nhỏ hay lớn, thời gian tồn tại lâu hay ngắn ...), tùy vào mức độ quan trọng của việc nối đất an toàn, mà yêu cầu điện trở nối đất có trị số phù hợp. Điện trở nối đất của một cọc hay một vật nối đất có kích thước nhỏ thường không thỏa mãn được trị số cần thiết nên thường phải dùng cả hệ thống nối đất mới đạt yêu cầu. I- TÍNH ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT CẦN THIẾT. Hệ thống cung cấp điện của nhà máy gồm có hai cấp điện áp là 10KV & 0,4KV. Mạng điện 10KV có trung điểm cách điện với đất, dòng điện chạm đất nhỏ & tồn tại khá lâu. Mạng điện 0,4KV có trung tính trực tiếp nối đất nhưng dòng điện chạm đất thường không đủ làm cho bộ phận bảo vệ cắt mạch. Vì vậy xác suất bị điện giật do chạm vỏ rất cao, vì vậy việc nối đất an toàn cho các thiết bị ở nhà máy là rất cần thiết. Các thiết bị ở cả hai cấp điện áp này sẽ được sử dụng chung một hệ thống nối đất. Theo quy định về an toàn trong trường hợp này điện áp tiếp xúc không được vượt quá 125V. Dòng điện chạm đất trong mạng 10kV là 30A, điện trở nối đất được xác định như sau: I Ur d d d = (Ω) (5.1) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 71 rd: Điện trở nối đất (Ω) Ud: Điện áp rơi trên điện trở nối đất (V) Id: Dòng điện chạm đất (A) Theo quy định điện trở nối đất cần thực hiện ở đây là: rd = TX d U I = 16,4 30 125 = (Ω) Điện trở nối đất trong mạng 0,4KV không được vượt quá 4 (Ω), do vậy điện trở nối đất cần thực hiện ở đây là 4 (Ω). II- XÁC ĐỊNH ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT TỰ NHIÊN. Khi xây dựng hệ thống nối đất cần sử dụng triệt để hệ thống nối đất tự nhiên. Các vật nối đất tự nhiên có thể là vỏ chì của các đường dây cáp chôn dưới đất, đường ống nước bằng kim loại, móng bê tông cốt sắt của các công trình xây dựng ... Ở đây ta đã có hệ thống nối đất tự nhiên gồm vỏ cáp bằng chì, móng bê tông của các phân xưởng, điện trở nối đất tự nhiên của tất cả là 8 (Ω). Trong khi đó điện trở nối đất yêu cầu là: 4 (Ω) < 8 (Ω), vì vậy phải xây dựng thêm hệ thống nối đất nhân tạo. Điện trở của hệ thống nối đất nhân tạo phải đạt giá trị sau: . 4.8 8( ) 8 4 d tn nt tn nt R RR R R = = = Ω− − III- THIẾT KẾ NỐI ĐẤT NHÂN TẠO. Thiết bị nối đất thường được sử dụng là các cọc sắt (ống thép hoặc thép góc) & các thanh sắt (dẹt hoặc là tròn), tiết diện của chúng cần đảm bảo được độ bền cơ yêu cầu. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 72 Chọn cọc là thép góc (60 x 60mm), có độ dài là 2,5m, chôn dưới đất với đầu trên của cọc cách mặt đất là 70cm. Chọn thanh dẹt (60mm), hàn ở đầu trên của các cọc nối đất cách mặt đất là 70cm. Điện trở suất của đất là ρ = 2.104 (Ω.cm) - Hệ số mùa đối với thanh là : Kt = 2. Hệ số mùa đối với cọc là: kc = 1,5 Điện trở của một cọc được xác định như sau: R1c = ).4 .4lg..2(lg..366,0 lt lt d l kl c − +ρ (Ω) (5.2) R1c: Điện trở nối đất của một cọc (Ω) :ρ Điện trở nối đất của một cọc l : Độ dài của cọc (cm) d: Đường kính của cọc (cm), ở đây sử dụng thép góc thì lấy giá trị tương đương là a = 0,95. b = 0,95. d = 5,7 cm t: độ chôn sâu của cọc, độ chôn sâu của cọc đươc tính từ giữa cọc đến mặt đất , ở đây t = 0,7 + 2,5/2 =1,95 Thay các giá trị cụ thể vào công thức 5.2, tính đươc điện trở nối đất của một cọc là ) 250195.4 250195.4lg. 2 1 7,5 250.2.(lg5,1.10.2.250 366,0 4 1 − ++=R c = 91,13 (Ω) Bố trí các cọc theo vòng kín chữ nhật, khoảng cách giữa 2 cọc gần nhau là: a = 5m; tỉ số 2 5,2 5 == l a Tra phụ lục với cách bố trí cọc theo vòng kín hình chữ nhật & tỉ số Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 73 l a = 2 tìm được hệ số sử dụng của cọc là 0,64, xác định được sơ bộ số cọc cần là: 8,17 64,0.8 3,91 = (cọc), số cọc cần dùng khoảng 16 cọc vì còn tính đến điện trở nối đất của thanh. Với số cọc là 16 thì sẽ phải sử dụng thanh dài l = 5 . 16 = 80 (m), chôn sâu 0,7m, hệ số sử dụng của thanh là: ksdt = 0,3. Điện trở nối đất của thanh được xác định như sau: Rt = tb lk kl t sd . .2lg... . 366,0 2ρ (Ω) Rt: Điện trở nối đất của thanh (Ω) kt: Hệ số mùa kể đến sự thay đổi điện trở suất của đất theo thời tiết l: Độ dài của thanh (cm) b: Độ rộng của thanh (cm) t: Độ chôn sâu của thanh (cm) Thay các giá trị cụ thể vào công thức 5.3, tính được điện trở nối đất của thanh là: Rt = 5,3370.6 8000.2lg.2.10.2.3,0.8000 366,0 . .2lg.. . 366,0 242 == tb lk kl t sd ρ (Ω) Vậy điện trở nối đất chính xác của hệ thống cọc cần thiết là: Rc = 5,1085,33 5,33.8. =−=− RR RR dt td (Ω) Vậy số cọc cần dùng chính xác là: n = 6,13 5,10.64,0 3,91 . 1 == Rk R csd c (Ω) Vậy chọn số cọc là 16, khi đó điện trở nối đất của hệ thống cọc là: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 74 Rc = 92,816.64,0 3,91 . 1 == nk R sd c (Ω) Điện trở nối đất nhân tạo là: Rnt = 75,3392,8 5,33.92,8. =+=+ RR RR tc tc (Ω) Điện trở nối đất của cả hệ thống nối đất thực tế là: Rtt = . 7.8 3,73 7 8 tn nt tn nt R R R R = =+ + (Ω) Vậy hệ thống nối đất của nhà máy gồm hệ thống nối đất tự nhiên (8Ω) & hệ thống nối đất nhân tạo (7Ω). Hệ thống nối đất nhân tạo gồm 16 cọc có kích thước nói trên, đóng sâu xuống đất 0,7m & bố trí theo vòng kín quanh trạm phân phối trung gian của nhà máy, mỗi cọc cách nhau là 5m, & thanh sắt dẹt được hàn vào đầu trên của cọc. Điện trở nối đất của cả hệ thống nối đất là:3,73 (Ω) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 75 PHẦN II HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG PHÂN XƯỞNG SỬA CHỮA CƠ KHÍ Chương 1: KHÁI NIỆM VỀ ÁNH SÁNG 1.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ÁNH SÁNG 1. ÁNH SÁNG: ánh sáng là những bức xạ điện từ có chiều dài sóng nằm giữa khoảng 400 đến 760nm, đó là ánh sáng nhìn thấy hoặc gọi đơn giản là ánh sáng. 2. PHỔ ÁNH SÁNG. Phổ ánh sáng là tập hợp của các bức xạ có tần số khác nhau, được xếp theo chiều dài sóng của chúng. Phổ có thể là liên tục hoặc gián đoạn. Phổ ánh sáng nhìn thấy được là phổ liên tục. Người ta chứng minh được rằng phổ của các bước sóng ánh sáng gồm 7 màu sắc khác nhau từ cận màu tím tương ứng với bước sóng λ = 400nm đến cận màu đỏ tương ứng với bước sóng λ = 760nm. Trong quang phổ nhìn thấy được mắt ta nhạy cảm nhiều nhất đối với ánh sáng có bước sóng λ = 550nm. Còn đối với hai cận màu tím & màu đỏ tương ứng với các bước sóng λ = 400nm & λ =760nm thì mắt ta hầu như không có tác dụng gây cảm giác sáng. Vì vậy, trong thiết kế chiếu sáng ta cần chú ý tới điểm này để tạo ra ánh sáng phù hợp với điều kiện hoạt động của mắt. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 76 1.2. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐO ÁNH SÁNG. 1. Góc đặc hay góc khối Ω. Góc khối Ω là phần không gian hình nón có đỉnh nằm tại tâm của nguồn sáng & có đường sinh tựa trên chu vi của mặt được chiếu sáng. Giả thiết rằng một nguồn sáng điểm đặt tại tâm O của 1 hình cầu rỗng bán kính R & ký hiệu S là nguyên tố mặt của hình cầu này. Hình nón đỉnh O cắt S trên hình cầu biểu diễn góc khối hay góc đặc Ω, nguồn nhìn mặt S dưới góc này. Góc khối Ω được định nghĩa là tỷ số của diện tích S với bình phương của bán kính R. Ω = R S 2 Ta có giá trị cực đại của góc khối Ω khi từ tâm O ta chắn cả không gian, tức là toàn bộ mặt cầu: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 77 Ω = ππ 44 2 2 2 == R R R S Đơn vị của góc khối là stêradian, ký hiệu là Sr. Vậy: Sr là góc đặc hay góc khối mà dưới góc đó một người quan sát đứng ở tâm một quả cầu có bán kính 1m nhìn thấy diện tích 1m2 trên mặt cầu này. Nếu bán kính là X mét thì mặt chắn X2m2. 2. Quang thông. Ký hiệu: Φ Đơn vị: Lumen - lm quang thông là đại lượng đo quang cơ bản, nó liên quan đến thông lượng bức xạ thông qua đường cong tương đối có thể nhận được của người bằng mắt thường. Lumen là quang thông do nguồn phát ra trong một góc đặc bằng một stéradian. 3. Cường độ ánh sáng. Ký hiệu: I Đơn vị: candela - cd Cường độ ánh sáng I của một nguồn sáng dạng điểm theo một phương cho là tỷ lệ giữa quang thông dΦ phát ra từ trong một góc đặc cơ bản ở xung quanh hướng này & giá trị dΩ của góc đặc này: I = Ω Φ d d Từ trên suy ra: l cd = Sr lm 1 1 4. Độ rọi: Ký hiệu: E Đơn vị: lux = lx Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 78 Độ rọi E của một diện tích ở tại một điểm, là tỷ lệ giữa quang thông dΦ nhận được bởi một vi phân diện tích ở xung quanh điểm này với diện tích dS của nó: E = dS dΦ Từ trên suy ra: 1lux = 2 1 1 lm m Khi sự chiếu sáng trên bề mặt không đều, ta nên tính trung bình số học ở các điểm khác nhau để tính độ rọi trung bình.Một số giá trị thông thường khi chiếu sáng tự nhiên hoặc nhân tạo: - Ngoài trời, buổi trưa trời nắng: 100.000lx - Trời có mây: Từ 2000 đến 10.000lx - Phòng làm việc: 400 ÷ 600lx - Trăng tròn: 0,25lx - Nhà ở 159 ÷ 300lx - Chiếu sáng đường phố: 20 ÷ 50lx Khái niệm về độ rọi ngoài ra còn liên quan đến vị trí của mặt được chiếu sáng. Giả thiết có một nguồn sáng O, diện tích được chiếu sáng dS có phương pháp tuyến n. Thông lượng của nguồn O đi qua diện tích dS là: dΦ = IdΩ. Gọi là góc hợp bởi pháp tuyến n của ds với phương r. Góc đặc dΩ chắn trên một hình cầu bán kính r, một diện tích ds cosα. dΩ = r ds 2 cosα Suy ra: E = r I dSr I dS d 22 coscos αα ==Φ Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 79 Vậy độ rọi của nguồn sáng tỉ lệ thuận với cường độ ánh sáng & tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ nguồn tâm điện tích được chiếu sáng, ngoái ra còn phụ thuộc vào hướng tới của nguồn. 5. Độ chói. Ký hiệu: L Đơn vị: cd/m2 Các nguyên tố diện tích của các vật chiếu sáng nói chung phản xạ ánh sáng nhận được một cách khác nhau & tác động như một nguồn sáng thứ cấp phát cường độ ánh sáng khác nhau theo mọi hướng. Để đặc trưng cho các quan hệ của nguồn, kể cả nguồn sơ cấp lẫn nguồn thứ cấp đối với mắt, người ta bổ sung cách xuất hiện ánh sáng. Quan hệ này được minh họa bởi ví dụ: Một đèn sợi đốt công suất 40W, thực tế phát ra cùng một quang thông, do vậy sẽ có cùng một cường độ theo mọi hướng dù là thủy tinh trong hay thủy tinh mờ. Rõ ràng đối với mắt, cách xuất hiện của hai loại bóng đèn này rất khác nhau, đối với bóng đèn thủy tinh trong ta nhận thấy chói mắt hơn đối với bóng đèn thủy tinh mờ. Người ta định nghĩa độ chói L trong một phương cho trước, của một diện tích mặt phát dS nhưng tỉ số của cường độ sáng dI phát bởi dS phương này trên diện tích mặt biểu kiến của dS: L = αcos.dS dI (cd/m2) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 80 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 81 Chương 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG 2.1/ CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG. Ánh sáng là phần không thể thiếu được trong các quá trình sản xuất ở các nhà máy xí nghiệp. Để đảm bảo sản xuất, đảm bảo chất lượng sản phẩm được tốt, năng suất lao động cao, đảm bảo an toàn cho công nhân thì ngoài ánh sáng tự nhiên cần có một hệ thống ánh sáng nhân tạo trong nhà máy. Chiếu sáng nhân tạo bằng điện hiện nay được sử dụng rất rộng rãi. Sở dĩ như vậy bởi chiếu sáng bằng điện có rất nhiều ưu điểm: Thiết bị đơn giản, sử dụng thuận tiện, giá thành rẻ, tạo được ánh sáng gần giống với ánh sáng tự nhiên, với tầm quan trọng đó vấn đề chiếu sáng đã được chú ý nghiên cứu trên nhiều lĩnh vực chuyên sâu như: Nguồn sáng, chiếu sáng công nghiệp ... ở đây, trong yêu cầu thiết kế hệ thống chiếu sáng cho nhà máy cơ khí ta chỉ quan tâm đến thiết kế chiếu sáng công nghiệp. Khi thiết kế chiếu sáng, điều quan trọng nhất là phải đáp ứng được yêu cầu về độ rọi & hiệu quả của ánh 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 đèn, sự bố trí chiếu sáng vừa đảm bảo tính kinh tế, mỹ quan. Thiết kế chiếu sáng phải đảm bảo các yêu cầu sau: 1. Không lóa mắt: Vì với cường độ ánh sáng mạnh mẽ làm cho mắt có cảm giác lóa, thần kinh bị căng thẳng, thị giác bị mất chính xác. 2. Không lóa do phản xạ: Ở một số mặt công tác có các tia phản xạ khá mạnh & trực tiếp. Do đó khi bố trí đèn cần chú ý tranh hiện tượng này. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 82 3. Không có bóng tối: Ở nơi sản xuất, các phân xưởng không nên có bóng tối mà phải sáng đồng đều có thể quan sát được toàn bộ phân xưởng. Muốn khử các bóng tối cục bộ thường sử dụng bóng mờ & treo cao đèn. 4. Độ rọi yêu cầu phải đồng đều: Nhằm mục đích khi quan sát từ vị trí này sang vị trí khác mắt người không được điều tiết quá nhiều, gây mỏi mắt. 5. Phải tạo được ánh sáng giống như ánh sáng ban ngày: Để thị giác đánh giá được chính xác 2.2/ PHÂN LOẠI CÁC HÌNH THỨC CHIẾU SÁNG. 1. Chiếu sáng chung, chiếu sáng cục bộ & chiếu sáng hỗn hợp. a/ Chiếu sáng chung. Chiếu sáng chung là hình thức chiếu sáng tạo độ rọi đồng đều trên toàn diện tích phân xưởng. Ở hình thức chiếu sáng này thường các bóng đèn được treo cao trên trần nhà theo một quy luật nào đó để tạo nên độ rọi đồng đều trong phân xưởng. Trong chiếu sáng chung các đèn thường được phân bố theo hai cách: Phân bố đều & phân bố chọn lọc. Phân bố đều là cách phân bố mà các bóng đèn được bố trí theo một quy luật nhất định để đạt được yêu cầu về độ rọi trên toàn diện tích. Phương pháp phân bố này hay dùng ở các phân xưởng có máy giống nhau, các máy phân bố đều trên toàn diện tích phân xưởng. Phân bố chọn lọc là phân bố các đèn ở nơi thích hợp để tạo ra ánh sáng có lợi nhất cho người công nhân vận hành ở các cụm máy tập trung. Cách này thường dùng trong các phân xưởng có máy móc phân bố không đều hoặc có các máy treo cao gây nên những khoảng tối trong phân xưởng. Chiếu sáng chung được sử dụng chiếu sáng trong các phân xưởng có diện tích làm việc rộng, có yêu cầu về độ rọi như nhau tại mọi điểm trên bề mặt Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 83 nào đó. Chiếu sáng chung còn được sử dụng phổ biến ở các nơi mà ở đó quá trình công nghệ không đòi hỏi mắt phải làm việc căng thẳng như ở phân xưởng rèn, đường đi ... Các phương án bố trí đèn trong phương pháp chiếu sáng chung: b/ Chiếu sáng cục bộ. Ở những nơi có yêu cầu quan sát chính xác, tỉ mỷ & phân biệt các chi tiết ... thì cần có độ rọi cao mới làm việc kết quả. Muốn vậy phải dùng phương pháp chiếu sáng cục bộ, tức là đèn được đặt gần nơi quan sát. Khi để gần, ta chỉ cần bóng đèn có công suất bé cũng tạo nên độ rọi lớn trên bề mặt chi tiết cần quan sát, do vậy giảm được chi phí vốn đầu tư. Chiếu sáng cục bộ thường dùng để chiếu sáng các chi tiết gia công trên máy công cụ, chiếu sáng ở các bộ phận kiểm tra... tại đây chiếu sáng chung sẽ không đủ độ rọi cần thiết nên phải sử dụng thêm chiếu sáng cục bộ. Các loại đèn chiếu cục bộ trên máy công cụ hoặc các đèn cầm tay di động thường dùng với điện áp 36V hay 12V. Ở những nơi quá ẩm ướt, bụi bặm hay có khí dễ cháy & nổ thì người ta thường dùng những loại đèn kiểu kín. c. Chiếu sáng hỗn hợp. Chiếu sáng hỗn hợp là hình thức chiếu sáng bao gồm chiếu sáng chung & chiếu sáng cục bộ. Chiếu sáng hỗn hợp được dùng ở những phân xưởng gia công, các phân xưởng khuôn mẫu, đúc ... trong nhà máy cơ khí để phân biệt màu sắc, độ lồi, lõm của các chi tiết máy. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 84 2. Chiếu sáng làm việc và chiếu sáng sự cố: Ngoài hệ thống chiếu sáng làm việc, phải đặt thêm hệ thống chiếu sáng sự cố. Độ rọi của hệ thống chiếu sáng sự cố phái thiết kế lớn hơn 10% độ rọi của hệ thống chiếu sáng làm việc, ở những nơi nếu hệ thống chiếu sáng làm việc bị mất điện mà có khả năng phát sinh cháy, nổ, gây nguy hiểm hoặc ảnh hưởng đến chính trị, kinh tế cần đặt hệ thống chiếu sáng sự cố, đảm bảo cho công nhân tiếp tục làm việc trong thời gian chờ sửa chữa. Khi chiếu sáng làm việc bị mất điện, nếu cần phân tán người ra khỏi phân xưởng để tránh tai nạn thì các đèn chiếu sáng sự cố phải đặt ở những nơi máy còn quay, hố dầu, cầu nối, lan can, cầu thang ... Độ rọi của các đèn này không được nhỏ hơn 0,1 lux. Điện cung cấp cho hệ thống chiếu sáng sự cố phải lấy ở nguồn dự trữ hoặc nguồn ắc quy. Hệ thống chiếu sáng sự cố phải làm việc đồng thời với hệ thống chiếu sáng làm việc hoặc phải có thiết bị tự động đóng, đưa hệ thống chiếu sáng sự cố vào làm việc đồng thời với hệ thống chiếu sáng làm việc khi hệ thống chiếu sáng làm việc bị mất điện. Các đèn thuộc hệ thống chiếu sáng sự cố cần đánh dấu riêng để tiện kiểm tra. 2.3/ DỤNG CỤ CHIẾU SÁNG VÀ CHAO ĐÈN. 1. Bóng đèn. Hiện nay có các loại bóng đèn chính được sử dụng rộng rãi nhất đó là: Bóng đèn nung sáng, bóng đèn huỳnh quang. a/ Bóng đèn dây tóc. Bóng đèn sợi tóc được sử dụng rộng rãi. Đèn dây tóc dựa trên cơ sở bức xạ nhiệt. Khi dòng điện đi qua sợi dây tóc, dây tóc sẽ phát nóng & phát quang. Dây tóc thường dùng là vônfram, tungsten, vặn xoắn ốc hoặc để thẳng mắc dích dắc trên các cực phụ & hai cực chính trong bóng đèn. Trong bóng có chứa các loại khí trơ hoặc chân không, thông số cơ bản của đèn gồm: Điện Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 85 áp, công suất, quang thông, hiệu suất quang thông, hiệu suất quang & tuổi thọ của đèn. Đặc tính của đèn phụ thuộc rất nhiều vào điện áp đặt vào hai cực của bóng đèn. Khi điện áp đặt vào đèn tăng cao thì dòng điện, nhiệt độ quang thông & hiệu suất quang đều tăng. Nhưng dây tóc sẽ bị bốc hơi nhiều, tuổi thọ giảm nhanh. Khi điện áp giảm sẽ có hiện tượng ngược lại, do đó để đảm bảo tuổi thọ của đèn đúng định mức, hiệu suất quang tốt thì điện áp đặt lên hai cực chỉ được dao động trong phạm vi ± 2,5% * Các ưu điểm của đèn: - Chế tạo đơn giản - Nối trực tiếp vào lưới điện - Kích thước nhỏ - Bật sáng ngay - Giá thành thấp - Tạo màu sắc ấm áp * Nhược điểm của bóng đèn dây tóc: - Tính năng của đèn thay đổi khá đáng kể theo biến thiên điện áp - Tiêu thụ nhiều điện - Phát nóng b/ Đèn huỳnh quang. Nguyên lý phát quang của đèn huỳnh quang dựa trên cơ sở phóng điện trong các chất khí. Sau khi rút chân không, người ta nạp vào trong bóng một ít khí argôn & thủy ngân, Phía trong ống bôi một lớp bột huỳnh quang, hai điện cực đặt ở hai đầu ống, khi điện áp đặt vào hai cực đủ lớn thì xảy ra quá trình phòng điện. Các sóng điện từ tần số cao phóng qua, phóng lại giữa hai điện cực của bóng đèn đồng thời đập vào lớp bột huỳnh quang ở vách trong Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 86 của bóng đèn làm phát ra tia phóng xạ thứ cấp ở các bước sóng mà mắt người cảm nhận được. * Ưu điểm của đèn huỳnh quang là: c Hiệu suất quang lớn, dùng ở nơi có độ rọi lớn d Thành phần quang phổ tốt, diện tích phát quang lớn e Tuổi thọ cao, ít phát nóng f Khi điện áp thay đổi trong phạm vi cho phép quang thông giảm ít * Nhược điểm của đèn huỳnh quang là: c Chế tạo phức tạp, giá thành cao, cosϕ thấp d Quang thông phụ thuộc vào nhiệt độ, phạm vi phát quang cũng phụ thuộc vào nhiệt độ. Hiện nay đèn huỳnh quang được sử dụng rộng rãi & có mẫu mã khá phong phú. 2. Chao đèn Chao đèn là bộ phận bao bọc ngoài bóng đèn. Nó được sử dụng để phân phối lại quang thông của bóng đèn một cách hợp lý & theo yêu cầu nhất định. Chao đèn còn có tác dụng bảo vệ cho mắt khỏi bị chói, bảo vệ cho bóng đèn khỏi bị va đập bụi bám & bị phá hủy bởi các chất khí ăn mòn ... chao đèn còn có tác dụng thẩm mỹ, làm tăng vẻ đẹp của hệ thống chiếu sáng. Nhờ có các loại chao đèn khác nhau nên người ta có thể phân bố quang thông của các đèn theo yêu cầu khác nhau. Theo yêu cầu người ta có thể chiếu rộng, chiếu sâu, chiếu đều hoặc chiếu hẹp. Mỗi nơi làm việc có yêu cầu phân bố quang thông riêng, nếu diện tích làm việc là một khoảng rộng thì phải dùng hình thức chiếu sáng rộng hoặc đều. Khi cần tập trung ánh sáng vào một vùng nào đó thì phải dùng hình thức chiếu sáng sâu & hẹp. Chao đèn có hai chỉ tiêu chủ yếu là hiệu suất & góc bảo vệ. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 87 - Hiệu suất của chao đèn là tỷ số quang thông của đèn có chao & quang thông của bản thân bóng đèn, vì chao đèn hấp thụ một số quang thông của nguồn sáng nên hiệu suất của chao đèn chỉ còn khoảng 0,5 ÷ 0,9. - Góc bảo vệ (β): Góc bảo vệ càng lớn tác dụng làm chói mắt càng nhỏ & ngược lại. Góc bảo vệ tính như sau: tgβ = Rr h + Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 88 Trong đó: β: Góc bảo vệ h: Khoảng cách từ sợi dây tóc đến mép dưới của chao đèn. r: Bán kính của vòng dây sợi đốt của đèn R: Bán kính của miệng chao đèn. Góc bán kính bảo vệ cần lớn hoặc bé là tùy thuộc vào đặc điểm của nơi làm việc. Theo cách phân bố quang thông của nguồn sáng ta có thể chia chao đèn ra 3 loại chính. Chao đèn chiếu trực tiếp, chao đèn phản xạ & chao đèn khuyếch tán. Chao đèn trực tiếp có thể tập trung hơn 90% quang thông của nguồn sáng phía dưới. Ngược lại chao đèn phản xạ tập trung hơn 90% quang thông của nguồn sáng lên phía trên rồi phản xạ trở xuống. Chao đèn khuyếch tán tạo ra ánh sáng khuyếch tán chứ không chiếu sáng trực tiếp. 2.4/ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG: 1. Phương pháp hệ số sử dụng: Phương pháp này dùng để tính toán chiếu sáng chung, không chú ý đến hệ số phản xạ của tường, của trần & của vật cảnh. Phương pháp này thường dùng để tính chiếu sáng cho các phân xưởng có diện tích lớn hơn 10m2, không thích hợp để tính toán chiếu sáng cục bộ & chiếu sáng ngoài trời. Theo phương pháp này thì F quang thông được xác định: F = nk ESKZ sd Với: F: Là quang thông của mỗi đèn, lm E: Độ rọi, lx. S: Diện tích cần chiếu sáng, m2 k: Hệ số dự trữ n: Số bóng đèn sử dụng trong phân xưởng Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 89 ksd: Hệ số sử dụng của đèn, nó phụ thuộc vào loại đèn, kích thước & điều kiện của phản xạ phòng. Khi tra bảng để tìm hệ số sử dụng phải xác định được trị số gọi là chỉ số của phòng: Trong đó: - a,b: Chiều dài, chiều rộng của phòng, m - H: Khoảng cách từ đèn đến mặt công tác, m - Z: Hệ số tính toán, phụ thuộc vào loại đèn & tỷ số H L , với L khoảng cách giữa các đèn, nó được xác định: Z= E Etb min 2. Phương pháp tính theo từng điểm: Phương pháp này dùng để tính chiếu sáng cho các phân xưởng có yêu cầu quan trọng & khi tính không quan tâm đến hệ số phản xạ. Để đơn giản trong tính toán người ta coi đèn là một đểm sáng để áp dụng được luật bình phương khoảng cách. Trong phương pháp này ta phải phân biệt để tính độ rọi cho ba trường hợp điển hình: - Tính độ rọi trên mặt phẳng nằm ngang, Eng. - Tính độ rọi trên mặt phẳng đứng, Ed. - Tính độ rọi trên mặt phẳng nghiêng một góc θ, Engh a/ Tính độ rọi trên mặt phẳng nằm ngang. Với hệ thống cấp điện cho xưởng máy, nên để cho hệ thống chiếu sáng đi theo mạng riêng (đường dây riêng, tủ điện riêng), tránh cho việc đóng mở động cơ làm dao động điện áp lớn trên cực đèn. ).( . baH ba +=ϕ Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 90 2. Độ lệch điện áp mạng động lực cho phép ±5%Udm, đối với mạng chiếu sáng chỉ cho phép ±2,5%Udm, 3. Tủ chiếu sáng nên dùng áptômát (cả tổng, cả nhánh) để khi mất điện có thể đóng trở lại nhanh, không mất thời gian dây chì. 4. Tủ, bảng chiếu sáng nên đặt ở gần cửa ra vào của nhà xưởng, phòng làm việc. 5. Tại các nhà xưởng, ngoài chiếu sáng làm việc còn cần thiết kế chiếu sáng sự cố đề phòng trường hợp mất điện lưới. Nguồn chiếu sáng sự cố thường là các bộ ắc quy 12V, 36V chỉ nhằm chiếu sáng an toàn cho công nhân vận hành khi mất điện lưới. 6. Lựa chọn áptômát cho tủ chiếu sáng cũng theo công thức như chọn áptômát mạng động lực. 7. Lựa chọn dây dẫn, cáp cho mạng chiếu sáng cũng chọn theo dòng phát nóng cho phép & phải kiểm tra theo điều kiện kết hợp với thiết bị bảo vệ: - Nếu bảo vệ bằng cầu chì: k.Icp ≥ 8,0 I dc - Nếu bảo vệ bằng áptômát: k.Icp ≥ 5,1 .25,1 5,1 II dmAkdnh = 8. Cần hết sức lưu ý việc phân pha cho đều, trách trường hợp điện áp quá chênh lệch trên đầu cực đèn ở đầu & cuối đường dây. 2.6/ THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG CHO PHÂN XƯỞNG SỬA CHỮA CƠ KHÍ. 1. Xác định số lượng & công suất của bóng đèn. a/ Chọn nguồn sáng. Phân xưởng sửa chữ a cơ khí là phân xưởng có phụ tải được xếp vào phụ tải loại 3 không có yêu cầu cao về độ rọi, hiệu quả chiếu sáng, là phân xưởng sản xuất có bụi bặm, khói & có độ chói giữa dụng cụ sản xuất & bên ngoài làm giảm năng lượng cảm thấy nên phân xưởng cần có ánh sáng thật, ổn Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 91 định, không gây mỏi mắt cho người sản xuất ... Vì những đặc điểm đó ta quyết định chọn bóng đèn dây tóc loại đèn vạn năng để chiếu sáng cho phân xưởng. Bóng đèn dây tóc có ưu điểm là phát ra ánh sáng thật, ít bị nhạy cảm với độ thay đổi của điện áp, ánh sáng không gây mỏi mắt, đèn có giá thành rẻ, có hệ số công suất cosϕ cao. b/ Chọn hệ thống chiếu sáng. Để làm giảm độ tương phản, đảm bảo độ rọi đồng đều trên toàn bộ diện tích ta dùng hệ thống chiếu sáng với cách bố trí đèn ở 4 góc của hình vuông: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 92 ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ 2. Tính chọn công suất đèn. Vì chiếu sáng chung nênta dùng phương pháp hệ số sử dụng (phương pháp quang thông) để tính chọn công suất cho đèn. Theo phương pháp này sử dụng công thức: F = kn ZkSE sd. ... Với: F: Là quang thông của mỗi đèn, lm E: Độ rọi, lx. S: Diện tích cần chiếu sáng, m2. k: Hệ số dự trữ n: Số bóng đèn sử dụng trong phân xưởng ksd: Hệ số sử dụng của đèn, nó phụ thuộc vào loại đèn, kích thước & điều kiện của phản xạ phòng. * Thực hiện tính toán: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 93 Trong đó: hlv: Độ cao của mặt công tác so với nền nhà, m H: Khoảng cách từ đèn đến mặt công tác, m hc: Khoảng cách từ đèn đền trần, m Căn cứ vào độ cao của nhà xưởng 4,5m, độ cao của mặt công tác so với nền nhà: hlv = 0,8m, đèn treo cách trần hc = 0,7m, ta có khoảng cách từ đèn đến mặt công tác: H = 4,50 - 0,7 - 0,8 = 3m. Tra bảng với đèn vạn năng được trị số H L = 1,8 là tích hợp, Suy ra khoảng cách giữa các đèn: L = 1,8 . H = 1,8 . 3 = 5,4m Dựa vào chiều dài, chiều rộng của phân xưởng ta chọn L = 5m. Do đó ta bố trí phân xưởng 30 bóng chia làm 3 dãy, mỗi dãy 10 bóng, mỗi bóng cách nhau 5m, cách tường 2,5m. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 94 Xác định chỉ số của phòng: ϕ = 225,3 )1250.(3 12.50 ).( . =+=+ baH ba Lấy hệ số của phản xạ của tường là ρtg = 50% và của trần là ρtrần = 30%. Tra bảng phụ lục tìm được hệ số sử dụng là ksd = 0,46 Xác định quang thông F: Chọn độ rọi E = 30lx, hệ số dự trữ k = 1,3 & hệ số tính toán Z = 1,2 Quang thông của mỗi đèn: F = lm kn ZSEk sd 2035 46,0.30 2,1.600.30.3,1 . ... == Tra bảng chọn bóng đèn dây tóc chao vạn năng công suất 200W, điện áp Udm = 220V có quang thông F = 2528lm. 3. Chọn sơ đồ cung cấp điện cho hệ thống chiếu sáng của phân xưởng sửa chữa cơ khí. Để cấp điện cho hệ thống chiếu sáng của phân xưởng sửa chữa cơ khí, dùng một tủ chiếu sáng. Sơ đồ điện nguyên lý của tủ này thể hiện ở hình vẽ dưới đây: - Lộ vào tủ chiếu sáng có cầu dao 3 pha, được cấp điện từ tủ phân phối của phân xưởng bằng cáp đồng 4 lõi, thiết diện là 4mm2. Các bóng đèn đều là thiết bị điện một pha nên tủ chiếu sáng có 3 lộ ra 1 pha, mỗi lộ cấp điện cho 10 bóng đèn theo sơ đồ phân nhánh & được đóng cắt bằng cầu dao 1 pha & được bảo vệ bằng cầu chì. Dòng điện định mức của mỗi lộ là: 10.200 I 9,1( ) 220dm A= = Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 95 Chọn cầu dao có Iđm = 15 (A) Idc = 10(A) TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Công Hiền Giáo trình cung cấp điện tập I, II 2. A.A.Fedorov Sách tra cứu về cung cấp điện, Tập I, II (Bộ môn hệ thống điện trường Đại học bách khoa dịch) 3. Bộ môn hệ thống điện Hướng dẫn thiết kế cung cấp điện xí nghiệp công nghiệp 4. Ngô Hồng Quang Thiết kế cấp điện 5. Giáo trình kỹ thuật điện cao áp Võ Viết Đạm 6. Một số vấn đề kỹ thuật điện cao áp ở siêu cao áp & cực cao áp 7. Hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp phần quá điện áp khí quyển 8. Bảo vệ chống sét 9 PA TRICK VAN DE PLAN QUE Kỹ thuật chiếu sáng ( Người dịch : Lê Văn Doanh – Đặng Văn Đào) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 96 KHOA ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BK HÀ NỘI CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ---W›X--- BỘ MÔN: HỆ THỐNG ĐIỆN NGÀNH HỌC: HỆ THỐNG ĐIỆN œœœ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Ngành: Khoa: ĐIỆN I- ĐẦU ĐỀ THIẾT KẾ: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO NHÀ MÁY SẢN XUẤT VÒNG BI II- CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU: 1. Điện áp nguồn U = 10KV 2. Công suất nguồn vô cùng lớn, SN = 200 MVA 3. Khoảng cách từ nhà máy đến trạm biến áp khu vực là l = 3km 4. Nhà máy làm việc 3 ca 5. Phụ tải điện của nhà máy sản xuất vòng bi Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cung cấp điện Trang 97 6. Sơ đồ mặt bằng của nhà máy sản xuất vòng bi 7. Danh sách các thiết bị trong phân xưởng sửa chữa cơ khí 8. Sơ đồ mặt bằng của phân xưởng sửa chữa cơ khí TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Công Hiền Giáo trình cung cấp điện tập I, II 2. A.A.Fedorov Sách tra cứu về cung cấp điện, Tập I, II (Bộ môn hệ thống điện trường Đại học bách khoa dịch) 3. Bộ môn hệ thống điện Hướng dẫn thiết kế cung cấp điện xí nghiệp công nghiệp 4. Ngô Hồng Quang Thiết kế cấp điện 5. Giáo trình kỹ thuật điện cao áp Võ Viết Đạm 6. Một số vấn đề kỹ thuật điện cao áp ở siêu cao áp & cực cao áp 7. Hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp phần quá điện áp khí quyển 8. Bảo vệ chống sét 9 PA TRICK VAN DE PLAN QUE Kỹ thuật chiếu sáng ( Người dịch : Lê Văn Doanh – Đặng Văn Đào)