Đồ án Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy cơ khí địa phương

thiết bị trong nhóm là n=14. Tổng công suất P= 103.2 kW Công suất lớn nhất của thiết bị là Pđmmax= 14 kW; Số thiết bị có công suất ³0.5 *Pđmmax là nI =7; Suy ra PI =2*9+3*8.4+2*14= 71.2 kW ; Tra bảng nhq* ( n* , P* ) ta được nhq* = 0.82 ; số thiết bị dùng điện hiệu quả của nhóm 1 là : nhq = n.nhq* =14* 0.82 = 11.48= 11 ; Tra bảng kmax theo ksd và nhq ta được kmax = 2 ; ị PTTT của nhóm 1 là: Dòng điện tính toán của cả nhóm : b) Xác định phụ tải tính toán cho nhóm 2 Tra sổ tay ta được ksd= 0.16 ; cosj= 0.6 ị tgj= 1.33 Bảng 2-3: Bảng số liệu nhóm 2 STT Tên thiết bị Số lượng Công suất định mức ( kW ) Ký hiệu trên mặt bằng Nhãn hiệu 1 Máy tiện ren 1 7 1 I6I6 2 Máy tiện 1 1.7 6 IA-I8 3 Máy phay vạn năng 1 3.4 7 578M 4 Máy phay ngang 1 1.8 8 668M 5 Máy phay đứng 2 10 9 6N82 6 Máy phay đứng 1 7 10 6N-12G 7 Máy doa ngang 1 4.5 16 2613 8 Máy khoan hướng tâm 1 12 17 4522 9 Máy mài phẳng 1 9 18 CK731 10 Máy mài tròn 1 5.6 19 3153M 11 Máy mài trong 1 2.8 20 3A24 12 Cưa tay 1 1.35 28 Z32 Các thiết bị đều làm việc ở chế độ dài hạn nên ta không cần phải qui đổi. Số thiết bị trong nhóm là n=13. Tổng công suất P= 76.15 kW Công suất lớn nhất của thiết bị là Pđmmax= 12 kW; Số thiết bị có công suất ³0.5 *Pđmmax là nI = 6; Suy ra PI =7+2*10+7+12+9= 55 kW ; Tra bảng nhq* ( n* , P* ) ta được nhq* = 0.76 ; số thiết bị dùng điện hiệu quả của nhóm 2 là : nhq = n.nhq* =13* 0.76 = 9.88= 10 ; Tra bảng kmax theo ksd và nhq ta được kmax = 2.1 ; ị PTTT của nhóm 2 là: Dòng điện tính toán của cả nhóm : c) Xác định phụ tải tính toán cho nhóm 3 Tra sổ tay ta được ksd= 0.16 ; cosj= 0.6 ị tgj= 1.33 Bảng 2-4: Bảng số liệu nhóm 3 STT Tên thiết bị Số lượng Công suất định mức ( kW ) Ký hiệu trên mặt bằng Nhãn hiệu 1 Máy phay ngang 1 3.4 46 6P8OG 2 Máy phay vạn năng 1 2.8 47 678 3 Máy tiện ren 1 10 44 1A- 62 4 Máy tiện ren 2 7 43 IK620 5 Máy tiện ren 1 4.5 45 1616 6 Máy phay răng 1 2.8 48 5D32 7 Máy xọc 1 4.5 49 7417 8 Máy bào ngang 2 7.6 50 M20 9 Máy mài tròn 1 10 51 Z435 Các thiết bị đều làm việc ở chế độ dài hạn nên ta không cần phải qui đổi. Số thiết bị trong nhóm là n=11. Tổng công suất P= 67.2 kW Công suất lớn nhất của thiết bị là Pđmmax= 10 kW; Số thiết bị có công suất ³0.5 *Pđmmax là nI = 6; Suy ra PI =10+2*7+2*7.6+10= 49.2 kW ; Tra bảng nhq* ( n* , P* ) ta được nhq* = 0.82 ; số thiết bị dùng điện hiệu quả của nhóm 3 là : nhq = n.nhq* =11* 0.82 = 9.02= 9 ; Tra bảng kmax theo ksd và nhq ta được kmax = 2.2 ; ị PTTT của nhóm 3 là: Dòng điện tính toán của cả nhóm : d) Xác định phụ tải tính toán cho nhóm 4 Tra sổ tay ta được ksd= 0.16 ; cosj= 0.6 ị tgj= 1.33 Bảng 2-5: Bảng số liệu nhóm 4 STT Tên thiết bị Số lượng Công suất định mức ( kW ) Ký hiệu trên mặt bằng Nhãn hiệu 1 Búa khí nén 1 10 53 MH76 2 Quạt 1 3.2 54 YT2 3 Máy mài dao cắt gọt 1 2.8 21 3628 4 Máy mài phá 1 4.5 27 3M634 5 Máy mài 1 2.2 11 4Z53 6 Máy khoan vạn năng 1 7 15 A135 7 Máy phay vạn năng 1 3.4 7 578M 8 Máy khoan bàn 2 0.55 23 HC-12A 9 Máy ép 1 1.7 24 K113 Các thiết bị đều làm việc ở chế độ dài hạn nên ta không cần phải qui đổi. Số thiết bị trong nhóm là n=10. Tổng công suất P= 35.9 kW Công suất lớn nhất của thiết bị là Pđmmax= 10 kW; Số thiết bị có công suất ³0.5 *Pđmmax là nI = 2; Suy ra PI =10+7= 17 kW ; Tra bảng nhq* ( n* , P* ) ta được nhq* = 0.69 ; số thiết bị dùng điện hiệu quả của nhóm 4 là : nhq = n.nhq* =10* 0.69 =6. 9= 7 ; Tra bảng kmax theo ksd và nhq ta được kmax = 2.48 ; ị PTTT của nhóm 4 là: Dòng điện tính toán của cả nhóm : e) Xác định phụ tải tính toán cho nhóm 5 Tra sổ tay ta được ksd= 0.8 ; cosj= 0.9 ị tgj= 0.48 Bảng 2-6: Bảng số liệu nhóm 5 STT Tên thiết bị Số lượng Công suất định mức ( kW ) Ký hiệu trên mặt bằng Nhãn hiệu 1 Lò điện kiểu buồng 2 30 31 H-30 2 Lò điện kiểu đứng 1 25 32 S-25 3 Lò điện kiểu bể 1 30 33 B-20 4 Bể điện phân 1 10 34 PB21 Các thiết bị đều làm việc ở chế độ dài hạn nên ta không cần phải qui đổi. Số thiết bị trong nhóm là n=5. Tổng công suất P= 125 kW Công suất lớn nhất của thiết bị là Pđmmax= 30 kW; Số thiết bị có công suất ³0.5 *Pđmmax là nI = 4; Suy ra PI =2*30+25+30= 115 kW ; Tra bảng nhq* ( n* , P* ) ta được nhq* = 0.89 ; số thiết bị dùng điện hiệu quả của nhóm 5 là : nhq = n.nhq* =5* 0.89 = 4.45= 4 ; Tra bảng kmax theo ksd và nhq ta được kmax = 1.14 ; ị PTTT của nhóm 5 là: Dòng điện tính toán của cả nhóm : **) Từ các kết quả tính toán của 5 nhóm thiết bị trên ta lập được bảng sau: Nhóm n Pđm ( kW ) nI kmax Ptt ( kW ) Qtt ( kVAr ) Stt ( kVA ) Itt ( A ) 1 14 103.2 7 2 33.02 43.91 55 83.56 2 13 76.15 6 2.1 25.59 34.03 42.65 64.8 3 11 67.2 6 2.2 23.65 31.45 39.42 59.89 4 10 35.9 2 2.48 14.25 18.95 23.75 36.08 5 5 125 4 1.14 114 54.72 126.67 192.45 2.2.3. Xác định phụ tải tính toán cho toàn bộ phân xưởng a) Phụ tải động lực toàn bộ phân xưởng: áp dụng các công thức ( 2-33 ) và ( 2-35 ) ta có: lấy kđt= 0.85 ta được: Pđl= 0.85*(33.02+25.59+23.65+14.25+114)= 178.93 kW Qđl= 0.85*(43.91+34.03+31.45+18.95+54.72)= 155.6 kVAr b) Phụ tải chiếu sáng toàn bộ phân xưởng: áp dụng các công thức ( 2-34 ) và ( 2-36 ) ta có: Tra sổ tay trang 253 sách thiết kế cấp điện ta có P0= 15 W/m2 Suy ra: Pcs = 15*200 = 3000 W = 3 kW Các phân xưởng của các nhà máy trong thực tế thường dùng đèn sợi đốt nên Vậy ta tính được: ( theo công thức 2-37 ) Ppx = 178.93+3 = 181.93 kW ( theo công thức 2-38 ) ( do Qcs= 0 ) ( theo công thức 2-39 ) ( theo công thức 2-40 ) 2.3. Xác định phụ tải tính toán cho các phân xưởng khác và toàn nhà máy 2.3.1. Phụ tải tính toán của các phân xưởng Vì các phân xưởng khác chỉ biết công suất đặt do đó phụ tải tính toán được xác định theo phương pháp hệ số nhu cầu ( knc ) Giả sử ta tính cho phân xưởng kết cấu kim loại Tra sổ tay ta có knc = 0.5 ; cosj = 0.6 ; P0 = 15 W/m2 ; Pđ = 1950 kW Phụ tải động lực: Pđl = knc.Pđ = 0.5*1950 = 975 kW Phụ tải chiếu sáng: Pcs = P0.D = 15*200 = 3000 W = 3 kW Phụ tải tính toán phân xưởng: Pttpx = Pđl + Pcs = 975+3 = 978 kW Công suất tính toán phản kháng của phân xưởng: Qttpx = Qđl =Pđl.tgj = 975*1.33 = 1296.75 kVAr Công suất tính toán toàn phần của phân xưởng: Tính toán tương tự cho các phân xưởng khác ta có bảng kết quả sau: Số trên mặt bằng Tên phân xưởng (phân xưởng) Pđl ( kW ) Pcs ( kW ) Pttpx ( kW ) Qttpx ( kVAr ) Sttpx ( kVA ) Ittpx ( A ) 1 Phân xưởng kết cấu kim loại 975 3 978 1296.75 1624 2467.4 2 Phân xưởng lắp ráp cơ khí 720 9 729 957.6 1204 1829.3 3 Phân xưởng đúc 840 6 846 630 1055 1602.9 4 Phân xưởng nén khí 560 3 563 420 702 1066.6 5 Phân xưởng rèn 720 3 723 734.5 1031 1566.4 6 Trạm bơm 512 2 514 681 853 1296 7 Phân xưởng sửa chữa cơ khí 179 3 182 155.6 239 363.7 8 Phân xưởng gia công gỗ 225 7 232 229 326 495.3 9 Bộ phận hành chính và ban quản lý 64 8 72 31 78 118.5 10 Bộ phận thử nghiệm 296 4 300 222 373 566.7 11 Phụ tải chiếu sáng các phân xưởng 2.3.2. Phụ tải tính toán của toàn bộ nhà máy ( xí nghiệp ) PttXN = 0.85*5139 = 4368 kW QttXN = 0.85*5357.45 = 4554 kVAr Từ đó ta có: = 6310 kVA = 0.7 Khi kể đến sự phát triển tương lai của nhà máy: SXN(t)= SttXN(1+at) Lấy a = 0.06 ; t = 10 năm ta có: SXN(t)= 6310(1+0.06*10) = 10 096 kVA Lưu ý : Tuỳ thuộc vào các thông tin được cung cấp như trong tương lai thì nhà máy định thay thế hay lắp đặt thêm những thiết bị máy móc nào, ở phân xưởng nào, mở rộng ra khu vực nào, công suất là bao nhiêu... , người kỹ sư sẽ căn cứ vào đó để lựa chọn các trạm biến áp phân phối, cầu chì, áptomát, ... cho các phân xưởng, khu vực đó. Để đơn giản, trong đồ án này ta không xét đến các yếu tố trên. 2.4. Xác định biểu đồ phụ tải 2.4.1. Biểu đồ phụ tải của các phân xưởng a) ý nghĩa của biểu đồ phụ tải trong thiết kế cấp điện Biểu đồ phụ tải là một cách biểu diễn về độ lớn của phụ tải trên mặt bằng nhà máy, nó cho biết sự phân bố của phụ tải trên mặt bằng. Điều này cho phép người thiết kế chọn được vị trí đặt các trạm biến áp phân phối một cách thích hợp nhằm giảm được tổn thất và đạt được các chỉ tiêu kinh tế cao. Biểu đồ phụ tải của một phân xưởng là một vòng tròn có diện tích bằng phụ tải tính toán của phân xưởng đó theo tỷ lệ xích lựa chọn, mỗi vòng tròn biểu đồ phụ tải chia ra thành hai phần tương ứng với phụ tải động lực và phụ tải chiếu sáng. b) Tính bán kính vòng tròn phụ tải cho các phân xưởng Mỗi phân xưởng có một biểu đồ phụ tải. Tâm đường tròn biểu đồ phụ tải được đặt tại trọng tâm của phụ tải phân xưởng, tính gần đúng ta có thể coi như phụ tải phân xưởng được phân bố đồng đều theo diện tích phân xưởng. Bán kính vòng tròn phụ tải được tính theo công thức: Trong đó: Rpxi ( mm ) – bán kính vòng tròn phụ tải của phân xưởng i Sttpxi ( kVA ) – phụ tải tính toán của phân xưởng i m ( kVA/mm2 ) – tỉ lệ xích mà ta lựa chọn Góc của phụ tải chiếu sáng nằm trong biểu đồ phụ tải: Trong đó: acspxi ( độ ) – góc của phụ tải chiếu sáng phân xưởng i Pcspxi ( kW ) – phụ tải chiếu sáng của phân xưởng i Pttpxi ( kW ) – phụ tải tính toán của phân xưởng i Ta chọn tỉ lệ xích m = 3 kVA/mm2, sau khi tính toán ta được bảng kết quả: Số trên mặt bằng Tên phân xưởng (phân xưởng) Pcspx ( kW ) Pttpx ( kW ) Sttpx ( kVA ) R ( mm ) αcspx ( độ ) 1 Phân xưởng kết cấu kim loại 3 978 1624 13 1.1 2 Phân xưởng lắp ráp cơ khí 9 729 1204 11 4.4 3 Phân xưởng đúc 6 846 1055 11 2.6 4 Phân xưởng nén khí 3 563 702 7 1.9 5 Phân xưởng rèn 3 723 1031 10 1.5 6 Trạm bơm 2 514 853 10 1.4 7 Phân xưởng sửa chữa cơ khí 3 182 239 5 5.9 8 Phân xưởng gia công gỗ 7 232 326 6 10.9 9 Bộ phận hành chính và ban quản lý 8 72 78 3 40 10 Bộ phận thử nghiệm 4 300 373 6 4.8 11 Phụ tải chiếu sáng các phân xưởng 2.4.2. Xác định trọng tâm phụ tải của toàn xí nghiệp a) ỳ nghĩa của trọng tâm phụ tải trong thiết kế cấp điện Trọng tâm phụ tải của nhà máy là một vị trí quan trọng giúp người thiết kế tìm điểm đặt trạm biến áp, trạm phân phối nhằm giảm tối đa tổn thất năng lượng. Ngoài ra trọng tâm phụ tải còn có thể giúp nhà máy trong việc quy hoạch và phát triển sản xuất trong tương lai nhằm có các sơ đồ cung cấp điện hợp lý, tránh lãng phí và đạt được các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật tốt nhất. b) Tính toán toạ độ trọng tâm phụ tải nhà máy Tâm quy ước của phụ tải nhà máy được xác định bởi một điểm M có toạ độ được xác định là M0 (x0 , y0) theo hệ trục toạ độ xoy đặt tại vị trí bất kỳ. Công thức: Trong đó: Xi ,Yi : toạ độ của phân xưởng i n: số phân xưởng có phụ tải điện trong xí nghiệp. Thay số vào công thức trên ta được: x0 = 5 y0 = 3.4 Vậy chọn vị trí của trạm phân phối trung tâm ( PPTT ) tại toạ độ: M ( 5;3.4 ) ‏‎ Chương 3 Thiết kế mạng cao áp cho nhà máy. 3.1. Phương án cấp điện cao áp 3.1.1 Yêu cầu đối với sơ đồ cung cấp điện Yêu cầu đối với sơ đồ cung cấp điện và nguồn cung cấp rất đa dạng .Nó phụ thuộc vào công suất yêu cầu của xí nghiệp . Khi thiết kế các sơ đồ cung cấp điện phải lưu ý tới các yếu tố đặc biệt đặc trưng cho nhà máy , các thiết bị đòi hỏi độ tin cậy cung cấp điện cao , các đặc điểm của quy trình sản xuất và quy trình công nghệ ...để từ đó xác định mức độ bảo đảm an toàn cung cấp điện , thiết lập sơ đồ cấu trúc cấp điện hợp lý . Việc lựa chọn sơ đồ cung cấp điện phải căn cứ vào độ tin cậy , tính kinh tế và an toàn . Độ tin cậy của sơ đồ cấp điện phụ thuộc loại hộ tiêu thụ mà nó cung cấp, căn cứ vào loại hộ tiêu thụ để quyết định số lượng nguồn cung cấp của sơ đồ. Sơ đồ cung cấp điện phải có tính an toàn đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người và thiết bị trong trạng thái vận hành . Ngoài ra , phải lưu ý tới các yếu tố kỹ thuật khác như đơn giản , thuận tiện , dễ vận hành , có tính linh hoạt trong việc khắc phục sự cố. 3.1.2. Phương pháp cung cấp điện cho nhà máy a) Phân loại và đánh giá hộ tiêu thụ điện trong nhà máy . Nguyên tắc chung để đánh giá hộ tiêu thụ điện trong nhà máy là ta dựa vào tầm quan trọng của phân xưởng đó đối với nhà máy tức là khi ta ngừng cung cấp thì mức độ ảnh hưởng của nó tới hoạt động của toàn nhà máy là cao hay thấp , từ đó ta có thể xác định được loại phụ tải và sơ đồ cấp điện hợp lý cho các phân xưởng trong toàn nhà máy . Khi đã xác định được các hộ tiêu thụ điện trong nhà máy ta sẽ căn cứ vào số phần trăm loại hộ tiêu thụ để đánh giá toàn nhà máy . Với nhà máy cơ khí địa phương ta có số hộ tiêu thụ loại hai là 7 hộ với các phân xưởng : Phân xưởng kết cấu kim loại, phân xưởng lắp rắp cơ khí, phân xưởng đúc, phân xưởng nén khí, phân xưởng rèn, phân xưởng gia công gỗ, trạm bơm. Còn phân xưởng sửa chữa cơ khí, bộ phận hành chính và ban quản lý, bộ phận thử nghiệm có thể xếp loại hộ tiêu thụ loại 3 . Tổng kết lại ta có số % hộ tiêu thụ loại 2 khoảng 80% nên đánh giá toàn nhà máy là hộ tiêu thụ loại 2 . Kiểu sơ đồ cung cấp điện phù hợp với điện áp truyền tải đã chọn : Do điều kiện thiết kế đã cho trạm biến áp trung gian 110/22 kV, ta chỉ cần đưa cáp truyền tải 22 kV vào trạm PPTT đặt ở tâm phụ tải của nhà máy. Sau đó từ cáp truyền tải 22 kV này, điện năng sẽ được dẫn tới từng trạm biến áp phân xưởng .Tuỳ theo sự phân loại ở trên mỗi trạm biến áp chứa một hoặc hai MBA.Tại đây điện áp được hạ xuống còn 0,4 kV và được dẫn tới từng phân xưởng. Nhiệm vụ của chúng ta là thiết kế : + Xây dựng trạm phân phối trung tâm nhận điện từ trạm BA trung gian quốc gia. + Xây dựng trạm biến áp phân xưởng nhận điện từ trạm PPTT về cấp điện cho các máy trong phân xưởng. b) Vị trí đặt trạm PPTT của xí nghiệp: Theo tính toán ở mục trên thì vị trí của trạm phân phối trung tâm ( PPTT ) tại toạ độ: M ( 5;3.4 ) ‏‎ c) Xác định vị trí, số lượng, dung lượng các trạm biến áp phân xưởng Chọn số lượng MBA cho các BA phân xưởng có ý nghĩa quan trọng đối với việc xây dựng một sơ đồ cung cấp điện hợp lý . Thông thường thì mỗi trạm chỉ đặt 1 MBA là tốt nhất . Ưu điểm là tiết kiệm đất đai , vận hành đơn giản , chi phí nhỏ . Tuy nhiên có nhược điểm là đảm bảo an toàn cung cấp điện không cao. Mặc dù vậy, chỉ khi cần thiết ( phụ tải loại I hoặc II ) người ta mới đặt 2 MBA và chỉ hai máy thôi . Căn cứ vào vị trí, công suất của các phân xưởng, quyết định đặt 8 trạm biến áp phân xưởng: Trạm B1 cấp điện cho phân xưởng kết cấu kim loại. Trạm B2 cấp điện cho phân xưởng lắp ráp cơ khí. Trạm B3 cấp điện cho phân xưởng đúc. Trạm B4 cấp điện cho phân xưởng nén khí. Trạm B5 cấp điện cho phân xưởng rèn. Trạm B6 cấp điện cho trạm bơm. Trạm B7 cấp điện cho phân xưởng gia công gỗ và phân xưởng sửa chữa cơ khí. Trạm B8 cấp điện cho bộ phận thử nghiệm, bộ phận hành chính và ban quản l ý. Trong đó các trạm B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7 là các phụ tải loại II, cần đặt 2 máy biến áp. Trạm B8 thuộc hộ phụ tải loại 3 nên chỉ cần đặt một máy biến áp. Các trạm dùng loại trạm kề, có một tường trạm chung với tường phân xưởng. Các máy biến áp dùng máy do ABB ( liên doanh ) sản xuất tại Việt Nam, không phải hiệu chỉnh nhiệt độ. Chú ý: Máy ngoại nhập phải hiệu chỉnh nhiệt độ theo công thức: Trong đó: Khc – hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ. - nhiệt độ môi trường sử dụng máy ( 0C ) - nhiệt độ môi trường chế tạo máy ( 0C ) Chọn dung lượng các máy biến áp : Trạm B1 : ( 1.4 là hệ số quá tải ứng với 5 ngày 5 đêm, mỗi ngày quá tải không quá 6h ) Chọn dùng 2 máy biến áp loại 1200 - 22/ 0.4 kV ( nếu không có trong catalog chào hàng của ABB, yêu cầu sản xuất theo đơn đặt hàng ). Các trạm khác chọn tương tự, kết quả ghi trong bảng: Thứ tự Tên phân xưởng (phân xưởng) Sttpx ( kVA ) Số máy ( máy ) SđmBA ( kVA ) Tên trạm 1 Phân xưởng kết cấu kim loại 1624 2 1200 B1 2 Phân xưởng lắp ráp cơ khí 1204 2 1000 B2 3 Phân xưởng đúc 1055 2 800 B3 4 Phân xưởng nén khí 702 2 500 B4 5 Phân xưởng rèn 1031 2 800 B5 6 Trạm bơm 853 2 630 B6 7 Phân xưởng sửa chữa cơ khí + Phân xưởng gia công gỗ 565 2 400 B7 8 Bộ phận hành chính và ban quản lý + Bộ phận thử nghiệm 451 1 500 B8 9 Phụ tải chiếu sáng các phân xưởng d) Phương án đi dây mạng cao áp Vì nhà máy thuộc hộ loại II, sẽ dùng đường dây trên không lộ kép dẫn điện từ trạm BATG về trạm PPTT của nhà máy. Để đảm bảo mỹ quan và an toàn, mạng cao áp trong nhà máy dùng cáp ngầm. Từ trạm PPTT đến các trạm biến áp B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7 dùng cáp lộ kép, đến trạm B8 dùng cáp lộ đơn. Căn cứ vào vị trí các trạm biến áp và trạm PPTT trên mặt bằng, đề ra 2 phương án đi dây mạng cao áp. Phương án 1: các trạm biến áp được cấp điện trực tiếp từ trạm PPTT. Phương án 2: các trạm biến áp xa trạm PPTT được lấy điện liên thông qua các trạm ở gần trạm PPTT. Để chọn tiết diện dây dẫn ta dựa vào bảng sau: Đối tượng Jkt Icp U ≥ 110 kV Mọi đối tượng X - - U= 6,10,22,35 kV + Đô thị, xí nghiệp + Nông thôn X - - X - - U= 0.4 kV + Đô thị, xí nghiệp + Nông thôn - - - X X - Đường dây cung cấp từ trạm BATG về trạm PPTT của nhà máy dài 3.7 km sử dụng đường dây trên không, dây nhôm lõi thép, lộ kép. Tra cẩm nang có thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax= 4500 h, với giá trị của Tmax, dây dẫn AC tra bảng sau sẽ có Jkt= 1.1 A/ mm2. Loại dây dẫn Tmax<= 3000 h Tmax= 3000 – 5000 h Tmax>= 5000 h A và AC Cáp lõi đồng Cáp lõi nhôm 1.3 3.5 1.6 1.1 3.1 1.4 1 2.7 1.2 IttXN=165.6/2 = 82.8 A Fkt= IttXN/ Jkt= 82.8/ 1.1= 75.3 mm2 Chọn dây nhôm lõi thép tiết diện phần nhôm là 95 mm2, 2AC-95 kiểm tra dây đã chọn theo điều kiện dòng sự cố. Tra bảng phụ lục VI dây AC-95 có Icp=335 A Khi đứt một dây, dây còn lại tải toàn bộ công suất Isc=2IttXN=2*82.8=165.6 A< Icp( thoả mãn ) Kiểm tra dây dẫn đã chọn theo điều kiện tổn thất điện áp. Với dây AC-95 tra bảng được r0= 0.33 /km, x0= 0.4 /km Chú ý: trong công thức trên vì đường dây là lộ kép nên r0 và x0 đều giảm đi 2 lần. Nếu là lộ n đường dây thì r0 và x0 sẽ giảm đi n lần ( giống như ta mắc song song n điện trở thì tổng trở của chúng giảm đi n lần ). R1 R2 Rn R1= R2= ...= Rn= R Vậy ta chọn dây AC-95 là hợp lý. Sau đây lần lượt tính toán kinh tế, kỹ thuật cho hai phương án. Cần lưu ý là mục đích tính toán phần này là so sánh tương đối giữa hai phương án cấp điện, chỉ cần tính toán so sánh phần khác nhau giữa hai phương án. Cả hai phương án đều có những phần tử giống nhau: đường dây cung cấp từ trạm BATG về trạm PPTT, 8 trạm biến áp; vì thế chỉ so sánh kinh tế kỹ thuật hai mạng cáp cao áp. Dự định dùng cáp XLPE lõi đồng bọc thép của hãng FURUKAWA Nhật Bản, có các thông số kỹ thuật cho trong sổ tay. *) Phương án 1: - Chọn cáp từ trạm PPTT đến trạm B1 Với cáp đồng và Tmax= 4500 h tra bảng được Jkt= 3.1 A/ mm2. Chọn cáp XLPE có tiết diện tối thiểu 35 mm2 đó là 2 XLPE( 3x35 ) Các đường cáp khác chọn tương tự, kết quả ghi trong bảng, vì cáp đã được chọn vượt cấp nên không cần kiểm tra theo và Icp . Đường cáp Loại Chiều dài ( m ) Đơn giá ( đ/m ) Thành tiền ( đ ) PPTT-B1 2 XLPE( 3x35 ) 62.5 80000 5000000 PPTT-B2 2 XLPE( 3x35 ) 75 80000 6000000 PPTT-B3 2 XLPE( 3x35 ) 75 80000 6000000 PPTT-B4 2 XLPE( 3x35 ) 37.5 80000 3000000 PPTT-B5 2 XLPE( 3x35 ) 10 80000 800000 PPTT-B6 2 XLPE( 3x35 ) 62.5 80000 5000000 PPTT-B7 2 XLPE( 3x35 ) 37.5 80000 3000000 PPTT-B8 XLPE( 3x35 ) 45 80000 3600000 Tổng chi phí 32 400 000 VNđ. Tiếp theo xác định tổn thất công suất tác dụng Tổn thất trên đoạn cáp PPTT-B1 : Tính tương tự cho các trạm khác: Đường cáp Loại Chiều dài ( m ) r0 (/km ) R () ( kW ) PPTT-B1 2 XLPE( 3x35 ) 62.5 0.524 0.033 0.18 PPTT-B2 2 XLPE( 3x35 ) 75 0.524 0.039 0.117 PPTT-B3 2 XLPE( 3x35 ) 75 0.524 0.039 0.09 PPTT-B4 2 XLPE( 3x35 ) 37.5 0.524 0.02 0.02 PPTT-B5 2 XLPE( 3x35 ) 10 0.524 0.005 0.011 PPTT-B6 2 XLPE( 3x35 ) 62.5 0.524 0.033 0.05 PPTT-B7 2 XLPE( 3x35 ) 37.5 0.524 0.02 0.013 PPTT-B8 XLPE( 3x35 ) 45 0.524 0.024 0.01 =0.491 Từ Tmax= 4500 h và cosj= 0.7 tính ra= ( 0.124+10-4*Tmax )2*8760= 2886 h Lấy avh= 0.1, at0= 0.2 , c= 750 đ/kWh Chi phí tính toán hàng năm của phương án 1 là: Z1= (0.1+0.2)*32 400 000+ 750*0.491*2886 Z1= 10 780 000 đ *) Phương án 2: Chọn cáp từ trạm PPTT đến B1. Tuyến cáp này cấp điện cho cả B1 và B2 Fkt=37.1/3.1= 12 mm2 Chọn cáp tiết diện 35 mm2 đó là 2XLPE( 3x35 ) Các tuyến cáp giống phương án 1 không phải chọn lại. Các tuyến khác chọn tương tự, kết quả ghi trong bảng. Đường cáp Loại Chiều dài ( m ) Đơn giá ( đ/m ) Thành tiền ( đ ) PPTT-B1 2 XLPE( 3x35 ) 62.5 80000 5000000 B1-B2 2 XLPE( 3x35 ) 37.5 80000 3000000 PPTT-B3 2 XLPE( 3x35 ) 75 80000 6000000 PPTT-B4 2 XLPE( 3x35 ) 37.5 80000 3000000 PPTT-B5 2 XLPE( 3x35 ) 10 80000 800000 B4-B6 2 XLPE( 3x35 ) 20 80000 1600000 PPTT-B7 2 XLPE( 3x35 ) 37.5 80000 3000000 PPTT-B8 XLPE( 3x35 ) 45 80000 3600000 Tổng chi phí Z2= 26 000 000 VNđ Đường cáp Loại Chiều dài ( m ) r0 (/km ) R () ( kW ) PPTT-B1 2 XLPE( 3x35 ) 62.5 0.524 0.033 0.18 B1-B2 2 XLPE( 3x35 ) 37.5 0.524 0.02 0.06 PPTT-B3 2 XLPE( 3x35 ) 75 0.524 0.039 0.09 PPTT-B4 2 XLPE( 3x35 ) 37.5 0.524 0.02 0.02 PPTT-B5 2 XLPE( 3x35 ) 10 0.524 0.005 0.011 B4-B6 2 XLPE( 3x35 ) 20 0.524 0.01 0.015 PPTT-B7 2 XLPE( 3x35 ) 37.5 0.524 0.02 0.013 PPTT-B8 XLPE( 3x35 ) 45 0.524 0.024 0.01 = 0.4 kW Chi phí tính toán hàng năm của phương án 2 là: Z2= (0.1+0.2)*26 000 000+ 750*0.4*2886 Z2= 8 670 000 đ Sau đây là bảng so sánh kinh tế hai phương án: Phương án K ( x106 đ ) ( x106 đ ) Z ( x106 đ ) PA 1 PA 2 32 26 1 0.8 10 8 Qua bảng so sánh ta chọn phương án 2 là phương án có giá trị hàm chi phí nhỏ nhất. Phương án này tuy có nhược điểm là khó quản lý vận hành sửa chữa do ta không đi tuyến cáp hình tia nhưng bù lại thì giá tiền tổn thất hàng năm và vốn đầu tư K nhỏ. Sau đây là sơ đồ đi dây mạng cao áp: 2 1 7 5 8 3 10 6 4 9 Từ hệ thống điện đến Khuôn viên xí nghiệp e) Lựa chọn sơ đồ trạm PPTT và các trạm BAPX *) Sơ đồ trạm PPTT: Như đã phân tích ở trên, nhà máy cơ khí thuộc loại quan trọng, chọn dùng sơ đồ một hệ thống thanh góp có phân đoạn cho trạm PPTT. Tại mỗi tuyến dây vào, ra khỏi thanh góp và liên lạc giữa hai phân đoạn thanh góp đều dùng máy cắt hợp bộ. Để bảo vệ chống sét truyền từ đường dây vào trạm, đặt chống sét van trên mỗi phân đoạn thanh góp. Đặt trên mỗi phân đoạn thanh góp một máy biến áp đo lường 3 pha 5 trụ có cuộn tam giác hở báo chạm đất 1 pha trên cáp 22 kV. Chọn dung các tủ hợp bộ của hãng SIEMENS, cách điện bằng SF6, không cần bảo trì, loại 8DC11, hệ thống thanh góp đặt sẵn trong các tủ có dòng định mức 1250 A. Sau đây là thông số của máy cắt đặt tại trạm PPTT Loại MC Uđm (kV) Iđm (A) Icắt N, 3s (kA) Icắt Nmax (kA) Ghi chú 8DC11 24 1250 25 63 Không cần bảo trì *) Sơ đồ các trạm biến áp phân xưởng Vì các trạm biến áp phân xưởng rất gần trạm PPTT, phía cao áp chỉ cần đặt dao cách ly. Phía hạ áp đặt aptomat tổng và các aptomat nhánh. Trạm hai máy biến áp đặt thêm aptomat liên lạc giữa hai phân đoạn. Cụ thể như sau: + Đặt một tủ đầu vào 22 kV có dao cách ly 3 vị trí, cách điện bằng SF6, không phải bảo trì, loại 8DH10. Sau đây là thông số kỹ thuật của tủ đầu vào 8DH10 Loại tủ Uđm (kV) Iđm (A) Uchịu đựng , ( kV ) Ichịu đựng N 1s , ( kA ) I N max ( kA ) 8DH10 24 200 50 16 50 Các máy biến áp chọn loại do ABB sản xuất tại Việt Nam ( không phải hiệu chỉnh nhiệt độ ). + Phía hạ áp chọn dùng các aptomat của hãng Merlin Gerin đặt trong vỏ tủ tự tạo. Với trạm 1 máy biến áp đặt 1 tủ aptomat tổng và 1 tủ aptomat nhánh. Với trạm 2 máy biến áp đặt 5 tủ: 2 tủ aptomat tổng, 1 tủ aptomat phân đoạn và 2 tủ aptomat nhánh. Cụ thể chọn các aptomat như sau: Dòng lớn nhất qua aptomat tổng của máy 1200 kVA là: SđmBA ( kVA ) 1200 1000 800 630 500 400 Imax ( A ) 1732 1443 1155 909 722 577 Chủng loại và số lượng các aptomat chọn được ghi trong bảng sau: Trạm BA Loại aptomat Số lượng cho mỗi trạm ( chiếc ) Uđm ( V ) Iđm ( A ) Icắt N ( kA ) B1 ( 2x1200 kVA ) CM2000N C1251N 3 4 690 690 2000 1250 50 25 B2 ( 2x1000 kVA ) CM1600N C1001N 3 4 690 690 1600 1000 50 25 B3, B5 ( 2x800 kVA ) C1251N C801N 3 4 690 690 1250 800 25 25 B6 ( 2x630 kVA ) C1001N NS630N 3 4 690 690 1000 630 25 10 B4 ( 2x500kVA ) C801N NS600E 3 4 690 500 800 600 25 15 B8 ( 1x500kVA ) C801N NS600E 1 2 690 500 800 600 25 15 B7 ( 2x400 kVA ) NS600E NS400E 3 4 500 500 600 400 15 15 Sơ đồ đấu nối các trạm đặt 2 MBA: Tủ A tổng Máy BA 22/0,4 Tủ cao áp 8DH 10 Máy BA 22/0,4 Tủ A nhánh Tủ A phân đoạn Tủ A nhánh Tủ A tổng Tủ cao áp 8DH 10 Sơ đồ đấu nối các trạm đặt 1 MBA: Tủ A tổng Máy BA 22/0,4 Tủ cao áp 8DH 10 Tủ A nhánh f) Tính toán ngắn mạch, kiểm tra các thiết bị điện đã chọn *) Tính toán ngắn mạch: Cần tính điểm ngắn mạch N1 tại thanh cái trạm PPTT để kiểm tra máy cắt, thanh góp và tính điểm ngắn mạch N2 tại phía cao áp trạm BAPX để kiểm tra cáp và tủ cao áp các trạm. Từ sơ đồ thay thế ta có Đường dây từ trạm BATG đến trạm PPTT là 2AC-95 nên có R= r0*l/n và X= x0*l/n R= 0.33*3.7/2= 0.61 X= 0.4*3.7/2= 0.74 Vậy dòng điện ngắn mạch tại N1 là: Đường dây từ trạm PPTT đến trạm B1 là 2XLPE-(3x35) nên có R1= r0*l/n và X1= x0*l/n R1= 0.52*0.0625/2= 0.0163 X1= 0.13*0.0625/2= 0.0041 Dòng điện ngắn mạch N2 tại trạm B1 Tương tự ta tính cho các trạm BAPX khác. *) Kiểm tra các thiết bị điện đã chọn: So sánh kết quả tính được ở trên với các thông số của tủ máy cắt 8DC11 đặt tại trạm PPTT ta thấy: máy cắt và thanh góp có khả năng cắt và ổn định động dòng ngắn mạch là phù hợp ( 25 kA so với 11.7 kA và 63 kA so với 29.8 kA ). Khả năng chịu dòng ngắn mạch của dao cách ly tủ cao áp đầu vào các trạm BAPX cũng hợp lý ( 16 kA so với 11.6 kA và 50 kA so với 29.5 kA ). Với cáp, chỉ cần kiểm tra với tuyến có dòng ngắn mạch lớn nhất. Tiết diện ổn định nhiệt của cáp: Ta đã chọn cáp loại có tiết diện 35 mm2 < 49.2 mm2 .Vậy muốn đảm bảo ổn định nhiệt phải nâng tiết diện cáp lên 50 mm2. Kết quả là chọn cáp 2XLPE (3x50). g) Tính chọn cáp hạ áp tới các phân xưởng Chọn cáp hạ áp theo điều kiện phát nóng cho phép : trong đó : Itt -dòng điện tính toán . Icp -dòng điện cho phép của cáp. Khc- hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường đặt cáp và số đường cáp đặt song song. Vì ta đi dây đơn và nhiệt độ nơi sản xuất và nơi sử dụng cáp không chênh lệch là bao nên ta lấy Khc=1. + Tính chọn đoạn cáp từ trạm B7 đến phân xưởng sửa chữa cơ khí: ta có : Chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi cách điện PVC do LENS chế tạo loại 4 G 150, dòng cho phép Icp trong nhà 387 A, ngoài trời 395 A. + Tính chọn đoạn cáp từ trạm B8 đến bộ phận hành chính và ban quản lý: ta có : Chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi cách điện PVC do LENS chế tạo loại 4 G 25, dòng cho phép Icp trong nhà 144 A, ngoài trời 127 A. Chương 4 THIếT Kế MạNG Hạ áP PHÂN XƯởNG SửA CHữA CƠ KHí 4.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống cấp điện cho xưởng Sơ đồ cung cấp điện cho các thiết bị trong phân xưởng phụ thuộc vào công suất thiết bị, số lượng và sự phân bố của chúng trong mặt bằng phân xưởng và nhiều yếu tố khác. Sơ đồcần đảm bảo các yêu cầu sau: + Đảm bảo độ tin cậy + Thuận tiện cho lắp ráp vận hành. + Có các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật tối ưu. + Cho phép dùng các phương pháp lắp đặt công nghiệp hoá nhanh. Người ta thường dùng cách đi dây hình tia cho mạng phân xưởng. Từ những đặc điểm và nguyên lý trên , ta đề ra sơ đồ nguyên lý hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng cơ khí như sau: Để cấp điện cho các động cơ máy công cụ , trong xưởng dự định đặt một tủ phân phối nhận điện từ trạm biến áp về cấp cho 5 tủ động lực đặt rải rác cạnh tường phân xưởng, mỗi tủ động lực cấp điện cho một nhóm phụ tải. Đặt tại tủ phân phối của TBA một áptômát đầu nguồn, từ đây dẫn điện về xưởng bằng đường cáp ngầm. Tủ phân phối của xưởng đặt 01 aptomat tổng và 6 aptomat nhánh cấp điện cho 5 tủ động lực và 1 tủ chiếu sáng. Tủ động lực được cấp điện bằng đường cáp hình tia, đầu vào đặt dao cách ly - cầu chì, các nhánh ra đặt cầu chì. Mỗi động cơ máy công cụ được khởi động bằng một khởi động từ (KĐT) đã gắn sẵn trên thân máy, trong KĐT có rơle nhiệt bảo vệ quá tải. Các cầu chì trong tủ động lực chủ yếu bảo vệ ngắn mạch , đồng thời làm dự phòng bảo vệ quá tải của KĐT. Các hình thức đi dây và phạm vi sử dụng của sơ đồ Mạng điện phân xưởng thường dùng hai dạng sơ đồ chính sau: - Sơ đồ hình tia : + Nối dây rõ ràng. + Độ tin cậy cao. + Các phụ tải ít ảnh hưởng lẫn nhau. + Dễ thực hiện phương pháp bảo vệ và tự động hoá + Dễ vận hành bảo quản + Vốn đầu tư lớn - Sơ đồ đường dây trục chính: + Vốn đầu tư thấp + Lắp đặt nhanh + Độ tin cậy không cao + Dòng ngắn mạch lớn + Thực hiện bảo vệ và tự động hoá khó Từ những ưu khuyết điểm trên ta dùng sơ đồ hỗn hợp của hai dạng sơ đồ trên để cấp điện cho phân xưởng. Để cấp điện cho các động cơ máy công cụ, trong xưởng đặt một tủ phân phối nhận điện từ trạm phân phối về cấp điện cho 5 tủ động lực đặt rải rác cạnh tường phân xưởng và một tủ chiếu sáng. Mỗi tủ động lực cấp điện cho một nhóm phụ tải. Đặt tại tủ phân phối của trạm biến áp một aptomat đầu nguồn, từ dây dẫn về phân xưởng bằng đường cáp ngầm. + Tủ phân phối của xưởng đặt một aptomat tổng đầu vào và 6 aptomat nhánh đầu ra cấp điện cho các tủ động lực và tủ chiếu sáng. + Tủ động lực được cấp điện bằng đường cáp hình tia, đầu vào đặt cầu dao, cầu chì. + Trong một nhóm phụ tải, các phụ tải có công suất lớn thì được cấp bằng đường cáp hình tia còn các phụ tải có công suất bé thì có thể gộp thành nhóm và được cung cấp bằng đường cáp trục chính. + Các cầu chì trong tủ động lực chủ yếu bảo vệ ngắn mạch đồng thời làm dự phòng cho bảo vệ quá tải của khởi động từ. a. Sơ đồ hình tia TPP TĐL1 TĐL2 TĐL3 b. Sơ đồ đường dây trục chính TPP Phụ tải c. Sơ đồ hình tia và liên thông TPP ĐL1 ĐL2 ĐL3 ĐL4 4.2. Lựa chọn các phần tử của hệ thống cấp điện 1) Chọn cáp từ trạm BA về tủ phân phối của xưởng: Như phần trên ta đã chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi cách điện PVC do LENS chế tạo loại 4 G 150, dòng cho phép Icp trong nhà 387 A, ngoài trời 395 A. 2) Chọn aptomat đầu nguồn đặt tại trạm BA: Như phần trên ta đã chọn aptomat loại NS400E có Iđm= 400 A 3) Chọn tủ PP của xưởng: - Aptomat tổng chọn loại NS400E như aptomat đầu nguồn - 6 nhánh ra chọn aptomat dựa vào bảng tính toán cho các nhóm ở trên. Ta chọn loại NS225E cho nhóm 5, 5 nhánh còn lại chọn loại C100E. 4) Chọn cáp từ tủ PP tới các tủ động lực: - Cáp từ tủ PP tới tủ ĐL nhóm 5: Vì cáp chôn dưới đất riêng từng tuyến nên khc= 1. Kết hợp hai điều kiện trên, chọn cáp đồng 4 lõi loại 4 G 70 có Icp=246 A - Cáp từ tủ PP tới tủ ĐL nhóm 1: Kết hợp hai điều kiện trên, chọn cáp đồng 4 lõi loại 4 G 16 có Icp=100 A - Cáp từ tủ PP tới các tủ động lực khác đều chọn loại 4 G 16. Vì xưởng cách xa trạm BA, không cần tính ngắn mạch để kiểm tra cáp và aptomat đã chọn. 5) Lựa chọn các tủ động lực: Các tủ động lực đều chọn loại tủ do LiênXô chế tạo CP62-7/1 đầu vào cầu dao - cầu chì 400A, 12 đầu ra 100A : 12´100A. CD-400A CC-400A 12´100A Tủ ĐL NS400E TPP C100E Sơ đồ tủ PP và tủ ĐL xưởng Cơ khí Chọn cầu chì cho ĐL1 Cầu chì bảo vệ máy bào ngang 9 kW Chọn cầu chì có Idc= 50 A đ Tương tự ta có bảng sau: STT Tên thiết bị Số lượng Công suất định mức ( kW ) Ký hiệu trên mặt bằng Nhãn hiệu Idc ( A ) Tiết diện dây dẫn F ( mm2 ) 1 Máy bào ngang 2 9 12 7A35 50 2.5 2 Máy xọc 3 8.4 13 S3A 50 2.5 3 Máy xọc 1 1.7 14 7417 10 1.5 4 Máy tiện tự động 2 5.8 4 I815M 30 1.5 5 Máy tiện tự động 2 14 3 2A- 62 80 4 6 Máy tiện tự động 1 3.4 5 I615M 20 1.5 7 Máy tiện tự động 3 5.1 2 TP-IM 30 1.5 Chọn cầu chì cho ĐL2 STT Tên thiết bị Số lượng Công suất định mức ( kW ) Ký hiệu trên mặt bằng Nhãn hiệu Idc ( A ) Tiết diện dây dẫn F ( mm2 ) 1 Máy tiện ren 1 7 1 I6I6 40 1.5 2 Máy tiện 1 1.7 6 IA-I8 10 1.5 3 Máy phay vạn năng 1 3.4 7 578M 20 1.5 4 Máy phay ngang 1 1.8 8 668M 10 1.5 5 Máy phay đứng 2 10 9 6N82 60 2.5 6 Máy phay đứng 1 7 10 6N-12G 40 1.5 7 Máy doa ngang 1 4.5 16 2613 25 1.5 8 Máy khoan hớng tâm 1 12 17 4522 80 2.5 9 Máy mài phẳng 1 9 18 CK731 50 2.5 10 Máy mài tròn 1 5.6 19 3153M 30 1.5 11 Máy mài trong 1 2.8 20 3A24 15 1.5 12 Cưa tay 1 1.35 28 Z32 10 1.5 Chọn cầu chì cho ĐL3 STT Tên thiết bị Số lợng Công suất định mức ( kW ) Ký hiệu trên mặt bằng Nhãn hiệu Idc ( A ) Tiết diện dây dẫn F ( mm2 ) 1 Máy phay ngang 1 3.4 46 6P8OG 20 1.5 2 Máy phay vạn năng 1 2.8 47 678 20 1.5 3 Máy tiện ren 1 10 44 1A- 62 80 2.5 4 Máy tiện ren 2 7 43 IK620 80 2.5 5 Máy tiện ren 1 4.5 45 1616 50 1.5 6 Máy phay răng 1 2.8 48 5D32 20 1.5 7 Máy xọc 1 4.5 49 7417 50 1.5 8 Máy bào ngang 2 7.6 50 M20 50 1.5 9 Máy mài tròn 1 10 51 Z435 80 2.5 Chọn cầu chì cho ĐL4 STT Tên thiết bị Số lợng Công suất định mức ( kW ) Ký hiệu trên mặt bằng Nhãn hiệu Idc ( A ) Tiết diện dây dẫn F ( mm2 ) 1 Búa khí nén 1 10 53 MH76 80 2.5 2 Quạt 1 3.2 54 YT2 30 1.5 3 Máy mài dao cắt gọt 1 2.8 21 3628 30 1.5 4 Máy mài phá 1 4.5 27 3M634 30 1.5 5 Máy mài 1 2.2 11 4Z53 30 1.5 6 Máy khoan vạn năng 1 7 15 A135 50 1.5 7 Máy phay vạn năng 1 3.4 7 578M 30 1.5 8 Máy khoan bàn 2 0.55 23 HC-12A 30 1.5 9 Máy ép 1 1.7 24 K113 30 1.5 Chọn cầu chì cho ĐL5 STT Tên thiết bị Số lợng Công suất định mức ( kW ) Ký hiệu trên mặt bằng Nhãn hiệu Idc ( A ) Tiết diện dây dẫn F ( mm2 ) 1 Lò điện kiểu buồng 2 30 31 H-30 200 16 2 Lò điện kiểu đứng 1 25 32 S-25 200 16 3 Lò điện kiểu bể 1 30 33 B-20 200 16 4 Bể điện phân 1 10 34 PB21 200 16 Cầu chì tổng ĐL1: trong đó Immmax=Kmm ´ Idmmax Chú ý: chọn IdcCCT phải lớn hơn IdcCCT nhóm i ít nhất là 2 cấp. đchọn Idc = 175 A Các nhóm khác chọn Idccầu chì tương tự. 6) Lựa chọn dây dẫn từ các tủ động lực tới từng động cơ: Tất cả dây dẫn trong xưởng chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi cách điện PVC do hãng LENS chế tạo, khc= 0,92. * Điều kiện chọn: + Khc . Icp > Iđm + Trong đó: + Mạng động lực bảo vệ bằng cầu chì a = 3 + Dòng dây chảy Iđc của cầu chì bảo vệ đã được chọn ở trên. + Khc = 0.92 * Chọn dây dẫn cho nhóm phụ tải ĐL1 - Dây từ ĐL1 đến máy bào ngang 9 kW Chọn dây 4G 2.5 mm2 có Icp= 31 A Các máy khác và các nhóm khác cũng chọn tương tự, kết quả ghi trong bảng. Chương 5 Tính bù công suất phản kháng cho lưới điện xí nghiệp 5.1. ý nghĩa về việc bù công suất phản kháng trong xí nghiệp Phần lớn hộ công nghiệp trong quá trình làm việc tiêu thụ từ mạng điện cả công suất tác dụng P lẫn công suất phản kháng Q. Các nguồn tiêu thụ công suất phản kháng là:động cơ không đồng bộ,tiêu thụ khoảng 60-65% tổng công suất phản kháng của mạng điện nhà máy,máy biến áp tiêu thụ khoảng 20-25% .Đường dây và các thiết bị tiêu thụ khoảng 10%, tuỳ thuộc vào thiết bị mà nhà máy có thể tiêu thụ một lượng công suất phản kháng nhiều hay ít. Truyền tải một lượng công suất phản kháng qua dây dẫn và máy biến áp sẽ gây ra tổn thất điện áp ,tổn thất điện năng lớn và làm giảm khả năng truyền tải trên các phần tử của mạng điện. Do đó để có lợi về kinh tế - kỹ thuật trong lưới điện cần nâng cao hệ số công suất tự nhiên hoặc đưa nguồn bù công suất phản kháng tới gần nơi tiêu thụ để tăng hệ số công suất cos làm giảm lượng công suất phản kháng nhận từ hệ thống điện. 5.2. Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cosj 5.2.1. Bù cosj tự nhiên a) Thay đổi và cải tiến quy trình công nghệ để các thiết bị điện làm việc ở chế độ hợp lý nhất Căn cứ vào điều kiện cụ thể cần xắp xếp quy trình công nghệ một cách hợp lý nhất. Việc giảm bớt những tác động những nhân công thừa và áp dụng các biện pháp gia công tiên tiến đều đưa tới kết quả tiết kiệm điện, giảm bớt điện năng tiêu thụ cho một đơn vị sản phẩm Trong nhà máy ,các thiết bị có công suất lớn thường là nơi tiêu thụ nhiều điện năng nhất vì thế cần nghiên cứu để các thiết bị đó vận hành ở các chế độ kinh tế nhất và tiết kiệm nhất. ở các nhà máy có công suất lớn ,các máy công cụ thường tiêu thụ khoảng từ 30-40% công suất điện năng cung cấp cho toàn nhà máy. Vì vậy định chế độ vận hành hợp lý cho các máy đó có ảnh hưởng lớn đến vấn đề tiết kiệm điện.Theo kinh nghiệm vận hành thì hệ số phụ tải của các máy công suất lớn gần bằng 1 thì điện năng tiêu hao trên một đơn vị sản phẩm sẽ giảm tới mức tối thiểu ,vì vậy cần bố trí cho các máy này luôn luôn làm việc đầy tải. Máy bơm và quạt cũng là những hộ tiêu thụ nhiều điện, khi có nhiều máy bơm hay máy quạt làm việc song song thì phải điều chỉnh tốc độ và phương thức vận hành của chúng để đạt được phương thức vận hành kinh tế và tiết kiệm nhất. Các lò điện ( điện trở, điện cảm, hồ quang ) thường có công suất lớn và vận hành liên tục trong thời gian dài ,vì vậy cần sắp xếp để chúng làm việc đều trong ba ca,tránh tình trạng làm việc một lúc gây tình trạng căng thẳng về phương diện cung cấp điện. b) Thay thế động cơ không đồng bộ làm việc non tải bằng các động cơ có công suất nhỏ hơn Khi làm việc động cơ không đồng bộ tiêu thụ công suất phản kháng bằng Q = Q0+(Qđm-Q0)*Kpt2 Trong đó : Q0 - Công suất phản kháng lúc động cơ làm việc không tải Qđm - Công suất phản kháng lúc động cơ làm việc định mức Kpt - Hệ số phụ tải Công suất phản kháng không tải Q0 thường chiếm khoảng 60-70% công suất phản kháng định mứcQđm Hệ số công suất của động cơ được tính theo công thức sau: cos= Từ các công thức trên ta dễ thấy nếu động cơ làm việc non tải ( Kpt bé ) thì cos sẽ thấp. Điều kiện kinh tế cho phép thay thế động cơ là: việc thay thế phải giảm được tổn thất công suất tác dụng trong mạng và động cơ ,vì có được như vậy việc thay thế mới có lợi. Các tính toán cho thấy rằng : -Nếu Kpt<0,45 thì việc thay thế bao giờ cũng có lợi. -Nếu 0,45<Kpt<0,7 thì phải so sánh kinh tế kỹ thuật mới xác định việc thay thế có lợi hay không. Điều kiện kỹ thật cho phép thay thế động cơ là: Việc thay thế phải đảm bảo nhiệt độ của động cơ nhỏ hơn nhiệt độ cho phép, đảm bảo điều kiện mở máy và làm việc của động cơ. c) Hạn chế động cơ chạy không tải Các máy công cụ trong quá trình gia công thường nhiều lúc phải chạy không tải, chẳng hạn như chuyển động từ động tác gia công này sang động tác gia công khác ,khi chạy lùi dao hoặc rà máy cũng có thể do thao tác của công nhân không hợp lý mà nhiều lúc máy phải chạy không tải .Nhiều thống kê cho thấy đối với máy công cụ thời gian chạy không tải chiếm khoảng 35-65% toàn bộ thời gian làm việc .Chúng ta đã biết động cơ chạy non tải thì hệ số cos của nó rất thấp .Vì thế hạn chế động cơ chạy không tải là một trong những biện pháp để nâng cao hệ số cos của động cơ. Biện pháp hạn chế động cơ chạy non tải được thực hiện theo hai hướng : -Hướng thứ nhất là vận dụng công nhân hợp lý hoá các thao tác ,hạn chế đến mức thấp nhất thời gian chạy không tải. -Hướng thứ hai là đặt bộ hạn chế không tải trong sơ đồ khống chế động cơ. Thông thường nếu động cơ chạy không tải quá thời gian chỉnh định t0 nào đó thì động cơ bị cắt ra khỏi mạng. d) Dùng động cơ đồng bộ thay thế động cơ không đồng bộ ở những máy sản xuất có công suất tương đối lớn và không yêu cầu điều chỉnh tốc độ như máy bơm, máy quạt, máy nén khí ta nên dùng động cơ đồng bộ .Vì động cơ đồng bộ có những ưu điểm rõ rệt sau đây so với động cơ không động bộ: -Hệ số công suất cao, khi cần có thể làm việc ở chế độ quá kích từ để trở thành một máy bù cung cấp công suất phản kháng cho mạng điện . -Mô men quay tỷ lệ bậc nhất với điện áp của mạng ,vì vậy nó ít phụ thuộc vào sự dao động của điện áp .Khi tần số của nguồn không đổi ,tốc độ quay của động cơ không phụ thuộc vào phụ tải ,do đó năng suất làm việc của máy cao. Khuyết điểm của động cơ đồng bộ là chế tạo phức tạp , giá thành đắt .Chính vì vậy động cơ đồng bộ chỉ chiếm khoảng 20% tổng số động cơ dùng trong công nghiệp .Ngày nay nhờ đã chế tạo được những động cơ giá thành hạ và có dải công suất tương đối rộng nên người ta có xu hướng xử dụng loại động cơ đồng bộ . e) Nâng cao chất lượng sửa chữa động cơ Do chất lượng sửa chữa động cơ không tốt nên sau khi sửa chữa, các tính năng của động cơ thường kém, tổn thất trong động cơ tăng lên, cos giảm vì vậỵ cần chú trọng đến khâu nâng cao chất lượng sửa chữa động cơ góp phần giải quyết vần đề cải thiện hệ số cos của nhà máy. f) Thay thế máy biến áp làm việc non tải bằng những máy biến áp có dung lượng nhỏ hơn Máy biến áp là một trong những máy điện tiêu thụ nhiều công suất phản kháng ( Sau động cơ không đồng bộ ). Vì vậy nếu trong tương lai tương đối dài mà hệ số phụ tải của máy biến áp không có khả năng vượt quá 0,3 thì nên thay nó bằng máy có dung lượng nhỏ hơn .Đứng về mặt vận hành mà xét thì trong thời gian có phụ tải nhỏ ( ca ba ) nên cắt bớt các máy biến áp non tải .Biện pháp này cũng có tác dụng lớn nâng cao hệ số cos tự nhiên của nhà máy. 5.2.2. Bù cosj bằng các thiết bị bù Bằng cách đặt các thiết bị bù ở gần các hộ dùng điện để cung cấp công suất phản kháng cho chúng, ta giảm được lượng công suất phản kháng phải truyền trên đường dây do đó nâng cao hệ số cos mạng điện. Biện pháp bù không giảm được lượng công suất phản kháng của các hộ tiêu thụ mà chỉ giảm được lượng công suất truyền tải trên đường dây mà thôi .Vì thế chỉ sau khi thực hiện các biện pháp nâng cao hệ số cos tự nhiên mà vẩn không đạt được yêu cầu thì chúng ta mới xét tới phương pháp bù nhân tạo. Nói chung hệ số cos tự nhiên cao nhất cũng không đạt tới 0,9 ( thường vào khoảng 0,7 - 0,8 ) vì thế các xí nghiệp hiện đại bao giờ cũng đặt thêm các thiết bị bù .Cần chú ý là bù công suất phản kháng ngoài mục đích chính là nâng cao hệ số cos để tiết kiệm điện còn có tác dụng hết sức quan trọng là điều chỉnh và ổn định điện áp của mạng. Bù công suất phản kháng đưa lại hiệu quả kinh tế như trên đã phân tích nhưng phải tốn kém thêm về mua sắm thiết bị bù và chi phí vận hành chung .Vì vậy quyết định phương án bù phải dựa trên cơ sở tính toán và so sánh kinh tế kỹ thuật . 5.3. Các thiết bị bù trong hệ thống cung cấp điện 1) Tụ tĩnh điện: + Nhược điểm : -Rất khó điều chỉnh trơn trong tụ -Tụ chỉ phát ra công suất phản kháng mà không tiêu thụ công suất phản kháng -Tụ rất nhạy cảm với điện áp đặt ở đầu cực ( công suất phản kháng phát ra tỉ lệ với bình phương điện áp đặt ở đầu cực ) -Điện áp đầu cực tăng quá 10% tụ bị nổ -Khi xảy ra sự cố lớn tụ rất dễ hỏng + Ưu điểm : -Gía thành kVA ít phụ thuộc vào tổng chi phí nên dễ dàng xé lẻ các đại lượng bù đặt ở các phụ tải khác nhau nhằn làm giảm dung lượng tụ đặt ở phụ tải -Tổn thất công suất tác dụng trên tụ bé ( 0,03-0,035 kW/kVA ) -Tụ có thể ghép nối song song hoặc nối tiếp để đáp ứng với mọi dung lượng bù ở mọi cấp điện áp từ 0,4 - 750 kW 2) Máy bù đồng bộ : ( Thực chất là động cơ đồng bộ song không mang tải ) +Ưu điểm : -Có thể điều chỉnh trơn công suất phản kháng -Có thể tiêu thụ bớt công suất phản kháng khi hệ thống thừa công suất phản kháng -Công suất phản kháng phát ra ở đầu cực tỉ lệ bậc nhất với điện áp đặt ở đầu cực ( nên ít nhạy cảm ) +Nhược điểm: -Giá thành đắt -Thường dùng với máy có dung lượng từ 5000 kVA trở lên -Tổn hao công suất tác dụng rơi trên máy bù đồng bộ là lớn ( đối với máy 5000-6000 kVA thì tổn hao từ 0,3-0,35 kW/kVA) -Không thể làm việc ở mọi cấp điện áp ( chỉ có từ 10,5 kV trở xuống ) -Máy này chỉ đặt ở phụ tải quan trọng và có dung lượng bù lớn từ 5000 kVA trở lên 3) Động cơ không đồng bộ được hoà đồng bộ hoá: -Không kinh tế _Giá thành đắt _Tổn hao công suất lớn -Chỉ dùng trong trường hợp bất đắc dĩ (Ngoài ra người ta còn dùng máy phát điện phát ra công suất phản kháng tuy nhiên không kinh tế) Qua những phân tích trên ta thấy để đáp ứng được yêu cầu bài toán và nâng cao chất lượng điện năng ta chọn phương pháp bù bằng tụ điện tĩnh. 5.4. Các bước tiến hành bù bằng tụ điện tĩnh B1 : Xác định dung lượng bù 1) Hệ số costtXN như trên đã xác định: cos= 0.7 Hệ số cosXN tối thiểu do nhà nước quy định là 0,85 - 0,95 như vậy ta phải bù công suất phản kháng cho nhà máy. 2) Tính dung lượng bù tổng của toàn xí nghiệp : Công thức tính: Qbồ=PttXN*(tg-tg) Trong đó: + tg - Tương ứng với hệ số cos trước khi bù + tg - Tương ứng với hệ số cos sau khi cần bù để đạt giá trị quy định ( ở đây ta lấy cosbằng 0,95 ) cos=0,7 ị tg= 1.02 cos=0,95 ị tg= 0.33 Vậy ta có Qbồ= 4368*(1.02 -0.33)= 3014( kVAr ) B2 : Chọn thiết bị bù và vị trí bù 1) Vị trí đặt thiết bị bù: Về nguyên tắc để có lợi nhất về mặt giảm tổn thất điện áp ,tổn thất điện năng cho đối tượng dùng điện là đặt phân tán các bộ tụ bù cho từng động cơ điện ,tuy nhiên nếu đặt phân tán sẽ không có lợi về vốn đầu tư ,lắp đặt và quản lý vận hành .Vì vậy việc đặt các thiết bị bù tập trung hay phân tán là tuỳ thuộc vào cấu trúc hệ thống cung cấp điện của đối tượng ,theo kinh nghiệm ta đặt các thiết bị bù ở phía hạ áp của trạm biến áp phân xưởng tại tủ phân phối ,và ở đây ta coi giá tiền đơn vị ( đ/kVAr ) thiết bị bù hạ áp lớn không đáng kể so với gía tiền đơn vị tổn thất điện năng qua máy biến áp . 2) Chọn thiết bị bù : Như đã phân tích ở trên và từ các đặc điểm trên ta có thể lựa chọn thiết bị bù là các tụ điện tĩnh .Nó có ưu điểm là giá 1 đơn vị phản kháng là không đổi nên thuận tiện cho việc chia nhỏ thành nhóm và đặt gần các phụ tải .Mặt khác tụ điện tĩnh tiêu thụ rất ít công suất tác dụng từ 0,003-0,005 kW, vận hành đơn giản và ít sự cố . B3 : Tính toán phân phối dung lưọng bù Pi + jQi Sơ đồ nguyên lý lắp đặt thiết bị bù : 0,4KV 22 kV 110 kV CáP BATT Qbi BAPXi Qbt Sơ đồ thay thế: 22 kV 0,4 kV Rbai Rddi (Qi-Qbi) Qbt 1) Tính dung lượng bù cho từng mạch: - Công thức phân phối dung lượng bù cho một nhánh hình tia . Q Qb Rdd2 Rddn Rdd1 Rba2 Rba1 Rban Qb2 Q2 Qb1 Q1 Qbn Qn Qbi= Qi - *Rtđ Với i = 1n Trong đó: + Qbi : Là công suất bù cần đặt ở nhánh thứ i + Qi : Là công suất phản kháng của nhánh thứ i + QXN: Là công suất phản kháng toàn xí nghiệp + Qb : Là công suất bù cần thiết để đảm bảo cos theo quy định + Ri : Điện trở nhánh thứ i ,với Ri = Rddi+Rbai + Rtđ : Điện trở tương đương toàn mạng + Rđdi: Điện trở của đường dây thứ i + Rbai: Điện trở của trạm biến áp thứ i,và được tính như sau: Rba = n – số máy BA trong 1 trạm. Để thuận tiện cho việc vận hành và giảm bớt các thiết bị đóng cắt ,đo lường cho các nhóm tụ ,người ta quy định rằng nếu dung lượng bù tối ưu của một nhánh nào đó nhỏ hơn 30 kVAr thì không nên đặt tụ điện ở nhánh đó nữa mà nên phân phối dung lượng bù đó sang các nhánh lân cận. Bây giờ ta tính điện trở tương đương của các nhánh : Đường dây kép: + Đường dây từ trạm BATT-B1 là: Đường dây là cáp kép có tiết diện 35 mm2 Ta có Rđd1=ro*l/2= 0,524*0.0625/2=0,017 () Rba1 = 2,52 () Tính toán tương tự cho các đường dây khác ta có kết quả được ghi trong bảng sau: Tên nhánh Rđdi() Rbai() Ri() PPTT-B1 0,017 2,52 2,54 PPTT-B2 0,02 3,15 3,17 PPTT-B3 0,02 3,97 3,99 PPTT-B4 0,01 6,78 6,79 PPTT-B5 0,003 3,97 3,97 PPTT-B6 0,017 5 5,02 PPTT-B7 0,01 8,7 8,71 PPTT-B8 0,024 13,55 13,57 Và Rtđ = (1/R1+1/R2+1/R3+1/R4+1/R5)-1 = (1/2,54 + 1/3,17 +1/3,99+ 1/6,79 + 1/3,97+ 1/5,02 + 1/8,71+1/13,57 )-1 = 0,573() Sơ đồ thay thế mạng cao áp xí nghiệp dùng để tính toán công suất bù tại các thanh cái hạ áp các trạm biến áp phân xưởng : Rđd1 Rba1 Qb1 Q1 Rđd3 Rba3 Rđd4 Rđd6 Rđd8 Rba4 Rba6 Rba8 Qb3 Q3 Qb4 Q4 Qb6 Q6 Qb8 Q8 PPTT *Tính công suất bù cho nhánh PPTT-B1: Qb1=1296,75-(4554-3014)=949 (kVAr) Tính toán tương tự cho các nhóm khác ta có kết quả được ghi trong bảng sau: Tên nhánh Qi (kVAr) Ri() Qbi(kVAr) PPTT-B1 1296,75 2,54 949.3406 PPTT-B2 957,6 3,17 679.2341 PPTT-B3 630 3,99 408.8421 PPTT-B4 420 6,79 290.0412 PPTT-B5 734,5 3,97 512.228 PPTT-B6 681 5,02 505.2191 PPTT-B7 384.6 8,71 283.2889 PPTT-B8 253 13,57 187.9727 B4 : Chọn kiểu và dung lượng bù Vì điện áp thấp nên ta chọn tụ điện áp thấp thường được chế tạo thành tụ 3 pha ,3 phần tử của nó được nối thành hình tam giác . Căn cứ vào kết quả trên ta chọn dùng loại bộ tụ 3 pha do Liên Xô chế tạo bộ tụ được bảo vệ bằng áptomát, trong tủ có đặt các bóng đèn làm điện trở phóng điện . Chọn loại tụ KC2-0,38-28-3Y1 công suất mỗi tụ là 28 kVAr đấu song song Bảng sau chọn tụ bù đặt tại các trạm biến áp phân xưởng : Vị trí đặt Loại tụ Số pha Qbi(kVAr) Số lượng Cdm () Chiều caoH (mm) PPTT-B1 KC2-0,38-50-3Y1 3 pha 949.3406 34 618 787 PPTT-B2 KC2-0,38-50-3Y1 3 pha 679.2341 24 618 787 PPTT-B3 KC2-0,38-50-3Y1 3 pha 408.8421 15 618 787 PPTT-B4 KC2-0,38-50-3Y1 3 pha 290.0412 10 618 787 PPTT-B5 KC2-0,38-50-3Y1 3 pha 512.228 18 618 787 PPTT-B6 KC2-0,38-50-3Y1 3 pha 505.2191 18 618 787 PPTT-B7 KC2-0,38-50-3Y1 3 pha 283.2889 10 618 787 PPTT-B8 KC2-0,38-50-3Y1 3 pha 187.9727 7 618 787 Sơ đồ nguyên lý đặt tụ bù trong trạm biến áp. Sơ đồ lắp đặt tụ bù trong trạm đặt hai MBA TủPP choPX Tủ Ap Phân đoạn Tủ bù Cos Tủ bù Cos Tủ pp cho P.X Tủ Ap tổng Tủ áp tomat tổng Sơ đồ lắp đặt tụ bù trong trạm đặt một MBA Tủ Ap tổng Tủ pp cho P.X Tủ bù Cos Mục lục Kết luận Qua một thời gian làm việc ,tới nay em đã hoàn thành đồ án môn học của mình. Với nhiệm vụ thiết kế mạng cung cấp điện cho nhà máy cơ khí địa phương và thiết kế lắp đặt mẫu trạm biến áp phân xưởng. Qua quá trình làm việc, em đã nắm vững hơn phần lý thuyết đã học trong nhà trường và có thêm sự hiểu biết nhiều trong thực tế. Tuy nhiên do nội dung công việc hoàn toàn mới mẻ, tầm hiểu biết còn hạn chế nên đồ án môn học này không tránh khỏi thiếu sót. Em mong các thầy cô chỉ bảo giúp đỡ để em hoàn thành tốt hơn nữa nhiệm vụ của mình.