Thiết kế chọn thiết bị lắp đặt hệ thống cung cấp điện cho một xưởng chế biến thức ăn gia súc

ta đang trên con đường công nghiệp hoá - hiện đại hoá, đẩy mạnh sự phát triển công nghiệp, mở rộng những nhà máy công suất lớn, công nghệ hiện đại. Điều này có ý nghĩa lớn trong việc thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy hay xí nghiệp công nghiệp để đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật. Với những kiến thức đã được học tập, nghiên cứu trong nhà trường, trước khi tốt nghiệp em được giao báo cáo với đề tài: "Thiết kế chọn thiết bị lắp đặt hệ thống cung cấp điện cho một xưởng chế biến thức ăn gia súc". Báo cáo tốt nghiệp này sẽ là một sự tập dượt rất quý cho em trước khi bước vào thực tế. Sau một thời gian làm báo cáo , với nổ lực của bản thân, đồng thời với sự hướng dẫn giúp đỡ của các thầy cô giáo trong bộ môn , đến nay em đã hoàn thành báo cáo tốt nghiệp của mình. Song với kiến thức còn hạn chế, cùng với đề tài thiết kế hệ thống cung cấp điện là tương đối khó và phức tạp, đòi hỏi phải có nhiều kinh nghiệm và chuyên môn cao nên trong quá trình thiết kế em không tránh khỏi những sai sót.Vì vậy, em mong được sự nhận xét góp ý của các thầy cô giáo. Phần I: Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng chế biến thức ăn gia súc Chương 1 Giới thiệu chung về phân xưởng chế biến thức ăn gia súc Ngành chế biến thức ăn gia súc đã từ lâu là một trong những nghành tương đối quan trọng của nền kinh tế quốc dân. Với nhiệm vụ sản xuất chế biến thức ăn chăn nuôi đáp ứng nhu cầu của sự phát triển kinh tế trong nông nghiệp nói chung. Ngày nay, cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp khác, chế biến thức ăn gia súc cũng không ngừng phát triển cả về số lượng và chất lượng . Phân xưởng có tổng diện tích 6375m2 với các máy có công suất đặt cho trong bảng 1-1. Bảng 1-1: Tên và công suất đặt của máy trong phân xưởng. Ký hiệu trên mặt bằng Tên máy Số lượng Công suất đặt(KW) 1 Đóng bao 3 5KW 2 Nghiền bột 16 12KW 3 Lò hơi 6 20KW 4 Quạt thông gió 4 2KW Chương 2 Xác định phụ tải tính toán Khi thiết kế cung cấp điện cho một công trình (cụ thể là phân xưởng ta đang thiết kế) thì nhiệm vụ đầu tiên của người thiết kế là phải xác định được nhu cầu điện của phụ tải công trình đó (hay là công suất đặt của phân xưởng...). Tuỳ theo quy mô của công trình (hay của phân xưởng...) mà phụ tải điện phải được xác định theo phụ tải thực tế hoặc còn phải kể đến khả năng phát triển trong tương lai. Cụ thể là muốn xác định phụ tải điện cho một phân xưởng thì chủ yếu dựa vào các máy móc thực tế đặt trong các phân xưởng phải kể đến tương lai xa. Như vậy, việc xác định nhu cầu điện là giải bài toán dự báo phụ tải ngắn hạn (đối với các xí nghiệp, nhà máy công nghiệp) còn dự báo phụ tải dài hạn (đối với thành phố, khu vực...). Nhưng ở đây ta chỉ xét đến dự báo phụ tải ngắn hạn vì nó liên quan trực tiếp đến công việc thiết kế cung cấp điện phân xưởng ta. Dự báo phụ tải ngắn hạn là xác định phụ tải của công trình ngay sau khi công trình đi vào sử dụng. Phụ tải này thường được gọi là phụ tải tính toán. Người thiết kế cần phải biết phụ tải tính toán để chọn các thiết bị điện như: máy biến áp, dây dẫn, các thiết bị đóng, cắt, bảo vệ... để tính các tổn thất công suất, tổn thất điện áp, để lựa chọn các thiết bị bù... Chính vì vậy, phụ tải tính toán là một số liệu quan trọng để thiết kế cung cấp điện. Phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: công suất và số lượng các thiết bị điện, chế độ vận hành của chúng, quy trình công nghệ của phân xưởng , trình độ vận hành của công nhân v.v... Vì vậy, xác định chính xác phụ tải tính toán là một nhiệm vụ khó khăn nhưng lại rất quan trọng. Bởi vì, nếu phụ tải tính toán được xác định nhỏ hơn phụ tải thực tế thì sẽ làm giảm tuổi thọ của các thiết bị điện, có khả năng dẫn đến đến cháy nổ rất nguy hiểm. Nếu phụ tải tính toán lớn hơn phụ tải thực tế nhiều thì các thiết bị điện được chọn sẽ quá lớn so với yêu cầu, gây lãng phí và không kinh tế. Do tính chất quan trọng như vậy, nên đã có nhiều công trình nghiên cứu và có nhiều phương pháp tính toán phụ tải điện. Nhưng vì phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đã trình bày ở trên và sự biến động theo thời gian nên thực tế chưa có phương pháp nào tính toán chính xác và tiện lợi phụ tải điện. Nhưng hiện nay đang áp dụng một số phương pháp sau để xác định phụ tải tính toán: + Phương pháp tính theo công suất đặt và hệ số nhu cầu. + Phương pháp tính theo hệ số cực đại và công suất trung bình. + Phương pháp tính theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm. + Phương pháp tính theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất. Trong quá trình chuẩn bị thiết kế thì tuỳ theo quy mô, đặc điểm của công trình (nhà máy, xí nghiệp...) tuỳ theo giai đoạn thiết kế là sơ bộ hay kỹ thuật thi công mà chọn phương pháp tính toán phụ tải cho thích hợp. Sau đây sẽ trình bày một số đại lượng, hệ số tính toán và các phương pháp tính phụ tải tính toán. I. Các đại lượng cơ bản và các hệ số tính toán 1. Công suất định mức Pđm: Công suất đinh mức của các thiết bị tiêu thụ điện thường được các nhà chế tạo ghi sẵn trên nhãn hiệu máy hoặc trong các lý lịch máy. Đối với động cơ, công suất định mức ghi trên nhãn hiệu máy chính là công suất cơ trên trục động cơ. Công suất đặt là công suất đầu vào của động cơ, vậy công suất đặt trên trục động cơ được tính như sau: Pđ = (2.1) Trong đó: Pđ : Công suất đặt của động cơ (kW). Pđm : Công suất định mức của động cơ (kW). ηdc : Hiệu suất định mức của động cơ. Trên thực tế, hiệu suất của động cơ tương đối cao (ηdc= 0,85ữ0,95) nên ta có thể xem Pđ Pđm. - Đối với các thiết bị chiếu sáng: Công suất đặt là công suất được ghi trên đèn. Công suất này bằng công suất tiêu thụ của đèn khi điện áp trên mạng điện là định mức. - Đối với các thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại (như cầu trục, máy hàn v.v...) khi tính toán phụ tải điện của chúng, ta phải quy đổi về công suất định mức ở chế độ làm việc dài hạn. Có nghĩa là quy đổi về chế độ làm việc có hệ số tiếp điện ε% = 100%. Công thức quy đổi như sau: + Đối với động cơ: P'đm = Pđm. (2.2) + Đối với máy biến áp hàn: P'đm = Sđm.cos. (2.3) Trong đó: P'đm là công suất định mức đã quy đổi về chế độ làm việc dài hạn. 2. Phụ tải trung bình Ptb: Phụ tải trung bình là một đặc trưng tĩnh của phụ tải trong một khoảng thời gian nào đó. Tổng phụ tải trung bình của các thiết bị cho ta căn cứ để đánh giá giới hạn dưới của phụ tải tính toán. Trong thực tế, phụ tải trung bình được tính toán theo công thức sau: ptb = ; qtb = (2.4) Trong đó: ,: Điện năng tiêu thụ trong khoảng thời gian khảo sát, kW, kVAr. t: thời gian khảo sát, h. * Phụ tải trung bình cho cả nhóm thiết bị: Ptb = ; Qtb = (2.5) Biết được phụ tải trung bình ta có thể đánh giá được mức độ sử dụng thiết bị, xác định phụ tải tính toán và tính tổn hao điện năng. 3. Phụ tải cực đại Pmax: Phụ tải cực đại là phụ tải trung bình lớn nhất được tính trong khoảng thời gian tương đối ngắn (từ 5ữ30 phút). Thông thường lấy thời gian là 30 phút ứng với ca làm việc có phụ tải lớn nhất trong ngày. Phụ tải cực đại để tính tổn thất công suất lớn nhất, để chọn các thiết bị điện, các dây dẫn và dây cáp theo mật độ kinh tế. 4. Phụ tải đỉnh nhọn: Phụ tải đỉnh nhọn (Pđnh) là phụ tải cực đại xuất hiện trong khoảng thời gian rất ngắn (1á 2s). Thường xảy ra khi mở máy động cơ. Phụ tải này được dùng để kiểm tra độ dao động điện áp, điều kiện tự khởi động động cơ, chọn dây chảy cầu chì, tính dòng khởi động của rơle bảo vệ. Phụ tải đỉnh nhọn còn làm ảnh hưởng đến sự làm việc của các thiết bị khác trong cùng một mạng điện. 5. Phụ tải tính toán Ptt: Phụ tải tính toán được tính theo điều kiện phát nóng cho phép, là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi của các phần tử trong hệ thống cung cấp điện (máy biến áp, đường dây) tương đương với phụ tải thực tế biến đổi theo điều kiện tác dụng lớn nhất. Nói cách khác phụ tải tính toán cũng làm nóng dây dẫn lên tới nhiệt độ lớn nhất do phụ tải thực tế gây ra. Do vậy để đảm bảo an toàn trong mọi trạng thái vận hành, trong thực tế thiết kế ta chỉ sử dụng phụ tải tính toán theo công suất tác dụng. Ptb Ptt Pmax 6. Hệ số sử dụng ksd: Hệ số sử dụng là tỉ số giữa phụ tải tác dụng trung bình với công suất định mức của thiết bị. + Đối với một thiết bị: ksd = (2.6) + Đối với nhóm thiết bị: ksd = = (2.7) Nếu có đồ thị phụ tải thì hệ số sử dụng được toán như sau: ksd = (2.8) Hệ số sử dụng nói lên mức độ sử dụng, mức độ khai thác công suất của thiết bị điện trong một chu kỳ làm việc và là số liệu để tính phụ tải tính toán. 7. Hệ số phụ tải kPt: Hệ số phụ tải (còn gọi là hệ số mang tải) là tỉ số giữa công suất thực tế với công suất định mức. Thường ta phải xét đến hệ số phụ tải trong khoảng thời gian nào đó. Nên: kpt = = = (2.9) Nếu có đồ thị phụ tải thì hệ số sử dụng được tính như công thức (2.8) sau: kpt = Hệ số phụ tải nói lên mức độ sử dụng, mức độ khai thác công suất của thiết bị điện trong khoảng thời gian đang xét. 8. Hệ số cực đại kmax: Hệ số cực đại là tỉ số giữa phụ tải tính toán và phụ tải trung bình trong khoảng thời gian đang xét: kmax = (2.10) Hệ số cực đại phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chủ yếu là số thiết bị hiệu quả nhq và hệ số sử dụng ksd và hàng loạt các yếu tố đặc trưng cho chế độ làm việc của các thiết bị trong nhóm làm rất phức tạp nên khi tính toán thường tra theo đường cong: kmax = f(nhq, ksd). 9. Hệ số nhu cầu knc: Hệ số nhu cầu là tỉ số giữa phụ tải tính toán và công suất định mức. knc = =. = kmax.ksd (2.11) Hệ số nhu cầu thường được dùng tính cho phụ tải tác dụng. Trong thực tế hệ số nhu cầu thường do kinh nghiệm vận hành tổng kết lại. 10. Hệ số thiết bị hiệu quả nhq: Hệ số thiết bị hiệu quả là số thiết bị giả thiết có cùng công suất và chế độ làm việc. Chúng đòi hỏi phụ tải bằng phụ tải tính toán của nhóm phụ tải thực tế (gồm các thiết bị có chế độ làm việc khác nhau): nhq = (2.12) Khi số thiết bị dùng điện trong nhóm lớn hơn 5 (n >5), thì tính nhq theo công thức trên khá phức tạp nên người ta tìm nhq theo bảng hoặc đường cong. Trình tự tính như sau: Trước hết tính: n* =; P* = (2.13) Trong đó: n: Số thiết bị trong nhóm. n1: Số thiết bị có công suất không nhỏ hơn một nữa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm. P, P1 là tổng công suất ứng với n và n1 thiết bị. Sau khi tính được n* và P* tra bảng hoặc đường cong tìm được n*hq, từ đó tính nhq theo công thưc sau: nhq = n.n*hq (2.14) Số thiết bị hiệu quả là một trong những số liệu quan trọng để xác định phụ tải tính toán. II. Các phương pháp tính phụ tải tính toán. Hiện nay, có nhiều phương pháp để tính phụ tải tính toán. Những phương pháp đơn giản, tính toán thuận tiện thường kết quả không chính xác. Ngược lại, nếu độ chính xác được nâng cao thì phương pháp tính phức tạp. Vì vậy tuỳ theo giai đoạn thiết kế, tuỳ theo yêu cầu cụ thể mà chọn phương pháp tính cho thích hợp, sau đây là một số phương pháp xác định phụ tải tính toán thường dùng nhất. 1. Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu: Công thức tính: Ptt =knc. (2.13) Qtt = Ptt.tg (2.14) Stt = = (2.15) Một cách gần đúng có thể lấy Pđ = Pđm nên: Ptt = knc. (2.16) Trong đó: Pđi, Pđmi : Công suất đặt, công suất định mức của thiết bị thứ i (kW). Ptt, Qtt, Stt : Công suất tác dụng, công suất phản kháng, công suất toàn phần tính toán của nhóm có n thiết bị, (kW, kVAr, kVA). n : Số thiết bị trong nhóm. knc: Hệ số nhu cầu, tra ở sổ tay kỹ thuật. tg: ứng với cos đặc trưng cho nhóm thiết bị, tra ở sổ tay kỹ thuật. Nếu hệ số công suất cos của các thiết bị trong nhóm không giống nhau thì phải tính hệ số công suất trung bình theo công thức sau: (2.17) Hệ số nhu cầu của các máy khác nhau thường được cho trong các sổ tay. ỉ. Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, tính toán thuận tiện. Tuy nhiên, nhược điểm chủ yếu của phương pháp này là độ chính xác không cao. Bởi vì hệ số nhu cầu knc tra trong các sổ tay là cố định cho trước không phụ thuộc vào chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm. Trong lúc đó, theo công thức trên ta có knc = kmax.ksd, có nghĩa là hệ số nhu cầu phụ thuộc nhiều yếu tố kể trên. 2. Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích. Công thức tính: Ptt = p0.F (2.18) Trong đó: p0: Suất phụ tải trên 1m2 đơn vị diện tích sản xuất (kW/m2). F : Diện tích sản xuất (m2). Giá trị p0 được cho sẵn trong bảng, phụ thuộc vào tính chất của phụ tải phân tích theo số liệu thống kê. ỉ. Phương pháp này chỉ cho kết quả gần đúng. Nó được dùng để tính các phụ tải, các phân xưởng có mật độ máy móc sản xuất phân bố tương đối đều nên chỉ áp dụng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ. 3. Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm. Công thức tính: Ptt = (2.19) Trong đó: M: Số đơn vị sản phẩm sản xuất ra trong 1 năm (sản lượng). : Suất tiêu hao điện năng cho 1 đơn vị sản phẩm (kWh/đơn vị sản phẩm). Tmax: Thời gian sử dụng công suất lớn nhất (h). ỉ. Phương pháp này thường dùng để tính toán cho các thiết bị điện có đồ thị phụ tải ít biến đổi hay không thay đổi như: quạt gió, máy nén khí... khi đó phụ tải tính toán gần bằng phụ tải trung bình và kết quả tương đối chính xác. 4. Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại và công suất trung bình.(phương pháp số thiết bị hiệu quả): Khi không có các số liệu cần thiết để áp dụng các phương pháp tương đối đơn giản đã nêu ở trên hoặc khi cần nâng cao độ chính xác của phụ tải tính toán thì nên dùng phương pháp này. Công thức tính: Ptt = kmax.ksd.Pđm (2.20) Trong đó: Pđm: Công suất định mức (kW). ksd : Hệ số sử dụng, tra trong sổ tay kỹ thuật. kmax: Hệ số cực đại, tra trong sổ tay kỹ thuật theo quan hệ: kmax = f(nhq, ksd). ỉ. Phương pháp này cho kết quả tương đối chính xác vì khi xác định số thiết bị hiệu quả nhq, chúng ta đã xét tới hàng loạt các yếu tố quan trọng như ảnh hưởng của số lượng thiết bị trong nhóm, số thiết bị có công suất lớn nhất cũng như sự khác nhau về chế độ làm việc của chúng. Trình tự tính toán như sau: + Trước tiên dựa vào sổ tay tra các số liệu ksd, cos của nhóm, sau đó từ số liệu đã cho xác định Pđmmax và Pđmmin. Tính: m = (2.21) Trong đó: Pdmmax: Công suất định mức của thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm. Pdmmin: Công suất định mức của thiết bị có công suất nhỏ nhất trong nhóm. + Sau đó kiểm tra điều kiện: a. Trường hợp : và thì nhq = n. Chú ý, nếu trong nhóm có n1 thiết bị mà tổng công suất của chúng không lớn hơn 5% tổng công suất của cả nhóm thì: nhq = n - n1. b. Trường hợp : và , nhq sẽ được xác định theo biểu thức: nhq = (2.22) c. Khi không áp dụng được các trường hợp trên, việc xác định nhq phải được tiến hành theo trình tự: Trước hết tính: n* =; P* = Trong đó: n: Số thiết bị trong nhóm. n1: Số thiết bị có công suất không nhỏ hơn một nửa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất. P và P1: Tổng công suất của n và của n1 thiết bị. Sau khi tính được n* và P* tra theo sổ tay kỹ thuật ta tìm được n*hq = f(n*, P*) PL1.4 (TL1). Từ đó xác định được số thiết bị hiệu quả: nhq = n*hq.n. * Tra bảng kmax = f(ksd, nhq) PL1.5 (TL1). Thay các số liệu trên vào công thức: Ptt = kmax.ksd.Pđm, ta sẽ suy ra được Ptt, Qtt, Stt. Khi xác định phụ tải tính toán theo phương pháp số thiết bị dùng điện hiệu quả nhq, trong một số trường hợp cụ thể có thể dùng các công thức gần đúng sau: * Nếu và , thì phụ tải tính toán được tính theo công thức: Ptt = ( 2.23) Đối với thiết bị làm việc với chế độ ngắn hạn lặp lại thì: Ptt = (2.24) * Nếu và , thì phụ tải tính toán được tính theo công thức: Ptt = (2.25) Trong đó: kpti: Hệ số phụ tải của thiết bị thứ i. Nếu không có số liệu chính xác, hệ số phụ tải có thể lấy gần đúng: kpt = 0,9 đối với các thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn. kpt = 0,75 đối với các thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. * Nếu nhq > 300 và ksd < 0,5 thì: kmax sẽ lấy giá trị ứng với nhq = 300 * Nếu nhq > 300 và ksd 0,5 thì: Ptt = 1,05.ksd.Pđm (2.26) * Đối với thiết bị có đồ thị phụ tải bằng phẳng (các máy bơm, máy nén khí) thì phụ tải tính toán có thể lấy bằng phụ tải trung bình: Ptt = Ptb = ksd.Pđm (2.27) * Nếu trong mạng có các thiết bị một pha thì cần phải phân phối đều các thiết bị cho 3 pha của mạng, trước khi xác định nhq phải quy đổi công suất của các phụ tải 1 pha về phụ tải 3 pha tương đương: Nếu thiết bị 1 pha đấu vào điện áp pha của mạng: Pqđ = 3.P1pha max Nếu thiết bị 1 pha đấu vào điện áp dây của mạng: Pqđ = P1pha max 5. Hướng dẫn cách chọn các phương pháp xác định phụ tải tính toán. Tuỳ theo số liệu và đầu bài mà ta chọn phương pháp xác định phụ tải tính toán cho hợp lý. ỉ. Khi xác định phụ tải tính toán cho từng nhóm máy ở điện áp thấp (U < 1000 V) nên dùng phương pháp tính theo hệ số cực đại kmax (tức là phương pháp tính theo hệ số hiệu quả) bởi vì phương pháp này có kết quả tương đối chính xác. ỉ. Khi phụ tải phân bố tương đối đều trên diện tích sản xuất hoặc có số liệu chính xác suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm thì có thể dùng phương pháp suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm để tính phụ tải tính toán. Các phương pháp trên cũng thường được áp dụng cho giai đoạn tính toán sơ bộ để ước lượng phụ tải cho hộ tiêu thụ. ỉ. Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ thường cần phải đánh giá phụ tải chung của các hộ tiêu thụ (phân xưởng, xí nghiệp, khu vực, thành phố ...) trong trường hợp này nên dùng phương pháp hệ số nhu cầu knc. III. Xác định phụ tải tính toán cho phân xưởng chế biến thức ăn gia súc : Trong một phân xưởng thường có nhiều loại thiết bị có công suất và chế độ làm việc rất khác nhau, muốn xác định phụ tải tính toán được chính xác cần phải phân nhóm thiết bị điện. Việc phân nhóm thiết bị điện cần tuân theo các nguyên tắc sau: ỉ. Các thiết bị điện trong cùng một nhóm nên ở gần nhau để giảm chiều dài đường dây hạ áp nhờ vậy có thể tiết kiệm được vốn đầu tư và tổn thất trên các đường dây hạ áp trong phân xưởng. ỉ. Chế độ làm việc của các nhóm thiết bị trong cùng một nhóm nên giống nhau nhờ đó việc xác định phụ tải tính toán được chính xác hơn và thuận tiện cho việc lựa chọn phương thức cung cấp điện cho nhóm. ỉ. Tổng công suất các nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại tủ động lực cần dùng trong phân xưởng. Số thiết bị trong cùng một nhóm không nên quá nhiều bởi số đầu ra của các tủ động lực không nhiều thường từ 8 đến 12 đầu ra. Tuy nhiên thường thì rất khó thoả mãn cùng một lúc cả 3 nguyên tắc trên, do vậy người thiết kế cần phải lựa chọn cách phân nhóm sao cho hợp lý nhất. Dựa vào bảng danh sách thiết bị, vị trí và chế độ làm việc của các thiết bị ta có thể chia các thiết bị trong phân xưởng thành nhóm để từ đó xác định phụ tải tính toán cho từng nhóm thiết bị theo phương pháp hệ số cực đại kmax. 1. Xác định phụ tải chiếu sáng cho phân xưởng chế biến thức ăn gia súc : Phân xưởng có diện tích là 6375 m2, với công suất đặt là 1036800kW. Tra bảng PL 1.3 (TL.1) với phân xưởng chế biến có: knc = 0,3 cos/ tg = 0,6/ 1,33 Tra bảng PL 1.7 (TL.1) ta được suất chiếu sáng p0 = 14 W/ m2 Công suất tính toán động lực: Pđl = knc.Pđ = 0,3.1036800 = 311040 (kW) Qđl = Pđl.tg =311040.1,33 = 413683,2 (kVAr) Vì phụ tải chiếu sáng có tính chất phân bố tương đối đều và tỷ lệ với diện tích nên phụ tải chiếu sáng của phân xưởng chế biến thức ăn gia súc được xác định theo công thức: Pcs = p0.F Trong đó: F: Diện tích khu vực sản xuất trong phân xưởng, (m2). Diện tích phân xưởng: F = 6375 m2 p0: Suất phụ tải chiếu sáng trên một đơn vị diện tích, (kW/ m2). Đối với phân xưởng chế biến có p0 = 0,015 (kW/m2), đèn chiếu sáng trong phân xưởng là đèn sợi đốt có cos= 1. Vậy phụ tải chiếu sáng cho phân xưởng chế biến thức ăn gia súc là: Pcs = 0,015.6375 = 95,625 (kW). Qcs = Pcs.tg= 0 (kVAr). Công suất tính toán tác dụng của phân xưởng: Ptt = Pđl + Pcs = 311040 + 95,625 = 311135,625 (kW) Công suất tính toán phản kháng của phân xưởng: Qtt = Qđl + Qcs = 413683,2 + 0 = 413683,2 (kVAr) Công suất tính toán toàn phần của phân xưởng: Stt = =313873 (kVA) Dòng điện tính toán của phân xưởng: Itt == 477010 (A) Phụ tải tính toán tác dụng toàn phân xưởng: Pttnm = kđt. Trong đó: kđt: Hệ số đồng thời lấy bằng 0,8. Pttnm = 0,8. 311135,625 = 248908,5(kW) Phụ tải tính toán phản kháng toàn phân xưởng Qttnm = kđt. Trong đó: kđt: Hệ số đồng thời lấy bằng 0,8. Qttnm = 0,8. 413683,2 = 330946,56(kVAr) Phụ tải tính toán toàn phần của phân xưởng Sttnm = = 2510989 (kVA) Hệ số công suất của phân xưởng cos = =0,9 Chương 3 Thiết kế mạng điện hạ áp cho phân xưởng chế biến thức ăn gia súc I. Sơ đồ cung cấp điện của phân xưởng chế biến thức ăn gia súc Sơ đồ nối dây mạng hạ áp có hai dạng cơ bản là mạng hình tia và mạng phân nhánh. ỉ. Sơ đồ hình tia: Có ưu điểm là nối dây dể dàng, mỗi hộ được cung cấp điện từ một đường dây, do đó chúng ít ảnh hưởng lẫn nhau, độ tin cậy cung cấp điện tương đối cao, dễ thực hiện các biện pháp bảo vệ và tự động hoá, dễ vận hành bảo quản. Khuyết điểm của sơ đồ này là vốn đầu tư lớn nên sơ đồ nối dây hình tia thường được dùng khi cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại 1 và 2. Sơ đồ hình tia dùng để cung cấp điện cho các phụ tải phân tán. Từ thanh cái trạm biên áp có các đường dây dẫn đến các tủ phân phối động lực. Từ tủ phân phối động lực có các đường dây dẫn đến phụ tải. Loại sơ đồ này có độ tin cậy tương đối cao, thường được dùng trong các thiết bị phân tán trên diện tích rộng như phân xưởng cơ khí, lắp ráp, dệt v.v... ỉ. Sơ đồ phân nhánh: Có ưu khuyết điểm ngược lại so với sơ đồ hình tia. Vì vậy, loại sơ đồ này thường được dùng cho các hộ tiêu thụ loại 2 và 3. Để cấp điện cho toàn phân xưởng chế biền thức ăn gia súc ta đặt một tủ phân phối ở gần trạm biến áp phân xưởng. Tủ phân phối nhận điện từ trạm biến áp phân xưởng có nhiệm vụ cấp điện cho 5 tủ động lực và một tủ chiếu sáng cho toàn phân xưởng. Trong mỗi tủ phân phối đặt 6 áptômát ở mỗi đầu ra và một áptomát tổng ở đầu vào. Mỗi tủ động lực cấp điện cho một nhóm phụ tải. Đầu vào và đầu ra của tủ động lực đều đặt áptômát. Mỗi tủ động lực có 8 đầu ra do vậy với nhóm nào có quá 8 thiết bị thì một số máy có công suất nhỏ, có vị trí gần nhau sẽ phải đấu chung ở đầu ra. Mỗi động cơ của máy công cụ được đóng cắt bằng khởi động từ, được bảo vệ quá tải bằng rơle nhiệt và bảo vệ ngắn mạch bằng áptômát đặt trên đường dây ra của các tủ động lực. Do khoảng cách từ tủ hạ áp trạm biến áp phân xưởng về tủ phân phối phân xưởng và khoảng cách từ tủ phân phối đến tủ động lực ngắn nên để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, để dễ thuận tiện trong thao tác và sửa chữa ta sử dụng đường dây cáp chôn ngầm dưới đất trong nền nhà phân xưởng và sơ đồ nối điện hình tia. ã Chọn cáp từ trạm biến áp phân xưởng về tủ phân phối phân xưởng: Như đã nhận xét ở trên, khoảng cách từ tủ hạ áp trạm biến áp phân xưởng về tủ phân phối ngắn nên ta chọn cáp ở mạch hạ áp theo điều kiện phát nóng cho phép mà không cần phải kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp cho phép. Tiết diện dây cáp chọn theo điều kiện phát nóng phải thoả mãn: khc .Icp Itt Trong đó: Itt: Dòng tính toán của toàn phân xưởng, A Icp: Dòng điện cho phép ứng với dây dẫn chọn, A khc: Hệ số hiệu chỉnh kể tới nhiệt độ môi trường đặt dây. Tra bảng phụ lục ứng với nhiệt độ môi trường 200C và nhiệt độ tiêu chuẩn là 150C có được khc = 0,96. Dòng điện tính toán của phân xưởng Itt = = 219,5 A. Ta chọn cáp đồng 4 lõi cách điện bằng PVC do hãng LENS sản xuất đặt trong nhà, U < 1 kV, có tiết diện F = 95 mm2 với dòng cho phép: Icp = 301 A. Ta có: khc.Icp = 0,96.301 = 288,96 A > Itt = 219,5 A. Vậy cáp đã chọn thoả mãn điều kiện. 1. Tủ phân phối. Tủ phân phối nhận điện từ trạm BAPX cung cấp cho các tủ động lực thông qua đường cáp. Để cung cấp điện cho 5 tủ động lực và tủ chiếu sáng cho toàn phân xưởng chế biến thức ăn gia súc ta chọn 1 tủ phân phối hạ áp đặt tại thanh cái của trạm biến áp phân xưởng do hãng SAREL của Pháp chế tạo. Tủ có sơ đồ: AT A6 A2 A1 A5 A4 A3 ĐL1 ĐL2 ĐL3 ĐL4 ĐL5 CS Hình 3 - 1: Sơ đồ tủ phân phối. 1.1. Chọn áptômát: Chọn áptômát cho 5 tủ động lực và một áptômát tổng. Các áptômát này được chọn theo điều kiện làm việc lâu dài (hay là dòng điện tính toán). Điều kiện chọn áptômát là: IđmA Ilvmax = Itt = Uđm Uđmmđ Trong đó: Uđmmđ: điện áp định mức mạng điện Uđmmđ = 380 V với áptômát 3 pha Uđmmđ = 220 V với áptômát 1 pha Với dòng tính toán Itt đã xác định được trong chương II và tổng kết trong bảng 3-1, ta chọn các áptômát của hãng Merlin Gerin có các thông số cơ bản sau: Bảng 3-1: Thông số áptômát trong tủ phân phối Tên lộ Ittnhóm (A) Loại Uđm (V) Iđm (A) I N (kA) A1 25 C60N 440 63 6 A2 54,3 C60N 440 63 6 A3 48,3 C60N 440 63 6 A4 73,5 NC100H 440 100 6 A5 47,5 C60N 440 63 6 A- CS 13,67 C60H 440 63 10 Đối với áptômát tổng ta chọn theo dòng tính toán của toàn phân xưởng: Itt = = = 219,5 A Ta chọn áptômát của hãng Merlin Gerin có các thông số: Bảng 3-3: Thông số của áptômát tổng. áptômát Loại Uđm (V) Iđm (A) IN (kA) AT NS400L 690 400 50 1.2. Chọn thanh dẫn. Chọn thanh dẫn của tủ phân phối là thanh dẫn bằng đồng, có tiết dịên được chọn theo điều kiện phát nóng cho phép: k1.k2.Icp Itt Trong đó: k1 = 0,95: hệ số hiệu chỉnh khi thanh dẫn đặt nằm ngang. k2 = 0,9: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ. Itt = 219,5 A: dòng điện tính toán của phân xưởng. Từ đó Icp = = 256,7 A Vậy ta chọn thanh dẫn có tiết diện F = 75 mm2 với Icp = 340 A. C60N NS400L C60N ĐL1 ĐL2 ĐL3 ĐL4 ĐL5 CS C60N C60N C60N NC100H Tủ phân phối với các thiết bị: Hình 3-2: Sơ đồ tủ phân phối của phân xưởng. 2. Lựa chọn cáp từ tủ phân phối đến các tủ động lực. Ta chọn cáp theo điều kiện phát nóng, nhưng ở đây là mạng hạ áp bảo vệ bằng áptômát, để thoả mãn điều kiện phát nóng thì ngoài điều kiện: khc.Icp Ilvmax ta còn phải phối hợp điều kiện bảo vệ: khc.Icp Trong đó: khc = 1: Hệ số hiệu chỉnh cho cáp chôn dưới đất theo từng tuyến. Icp: Dòng điện phát nóng lâu dài cho phép, A Ilvmax: Dòng điện tính toán có thể cho 1 động cơ, nhóm động cơ hoặc cho cả phân xưởng tuỳ theo vị trí dây được chọn. Ikđnhiệt = 1,25.IđmA: Dòng điện khởi động của thiết bị cắt mạch bằng nhiệt của áptômát. áp dụng các điều kiện trên ta chọn cáp từ tủ phân phối tới tủ động lực ta chọn loại cáp đồng cách điện bằng PVC do hãng LENS sản xuất. ã Chọn cáp từ tủ phân phối tới tủ động lực 1. Dòng điện tính toán nhóm 1 là: Ittn1 = 25 A Dòng điện định mức của áptômát A1 là: IđmA1 = 63 A khc.Icp Ilvmax = Ittn1 = 25 A khc.Icp = = = 52,5 A Vậy với khc = 1 thì dòng cho phép thoả mãn: Icp 25 A Icp 52,5 A Ta chọn cáp có tiết diện F = 10 mm2 với Icp = 87 A. ã Chọn cáp tới các tủ động lực còn lại. Ta chọn cáp tương tự như chọn cáp từ tủ phân phối tới tủ động lực 1.Kết quả ghi trong bảng 3- 4. Bảng 3- 4: Kết quả chọn cáp từ tủ phân phối tới các tủ động lực. Tuyến cáp Itt, A Fcáp, mm2 Icp, A Tủ PP - ĐL1 25 4G10 87 Tủ PP - ĐL2 53,4 4G10 87 Tủ PP - ĐL3 48,3 4G10 87 Tủ PP - ĐL4 73,5 4G10 87 Tủ PP - ĐL5 47,5 4G10 87 3. Chọn tủ động lực. Chọn tủ động lực cho các nhóm phụ tải cùng một loại, do hãng SAREL của Pháp chế tạo. Tủ động lực có 8 đầu ra và 1 đầu vào có các lỗ gá hàn sẵn để lắp đặt các áptômát. Sơ đồ của tủ động lực: Hình 3- 3: Sơ đồ tủ động lực 4. Chọn các thiết bị cho các tủ động lực. Ta chọn các áptômát trong tủ động lực và dây dẫn từ tủ động lực tới các động cơ, các máy công cụ có trong phân xưởng. 4.1. Chọn áptômát. - Chọn áptômát tổng: chọn áptômát tổng của tủ động lực giống với áptômát nhánh ở tủ phân phối cấp cho tủ động lực. - Chọn áptômát nhánh: Chọn theo 2 điều kiện: IđmA Ilvmax = Itt = UđmA Uđmmđ Nếu áptômát bảo vệ cho một nhóm động cơ thì: IđmA UđmA Uđmmđ 4.2. Chọn dây dẫn. Dây dẫn được chọn theo điều kiện phát nóng và kiểm tra theo điều kiện kết hợp với thiết bị bảo vệ là áptômát. Điều kiện chọn dây: khc.Icp Ilvmax = Itt Kiểm tra với điều kiện kết hợp thiết bị bảo vệ là áptômát: khc.Icp = Tất cả dây dẫn trong phân xưởng chọn loại dây cáp hạ áp với 4 lõi, cách điện bằng PVC do hãng LENS chế tạo đặt trong ống sắt kích thước 3/ 4'' và hệ số hiệu chỉnh khc = 0,95. 4.3. Đối với tủ động lực 1: 4.3.1. Chọn áptômát: ã áptômát tổng: Ta chọn áptômát loại C60N giống áptômát ở đầu ra của tủ phân phối ã áptômát nhánh: Các áptômát nhánh chọn do hãng Merlin Gerin chế tạo. ỉ. Chọn cáp hạ áp từ TBA đến các phân xưởng: Cáp hạ áp được chọn theo điều kiện phát nóng cho phép. Đoạn đường cáp ở đây cũng rất ngắn, tổn thất điện áp không đáng kể, nên có thể bỏ qua không kiểm tra lại theo điều kiện . b. Sơ đồ các trạm biến áp phân xưởng. Các trạm biến áp phân xưởng đều đặt hai máy biến áp do ABB sản xuất tại Việt Nam. Vì các trạm biến áp phân xưởng đặt rất gần trạm phân phối trung tâm nên phía cao áp chỉ cần đặt dao cách ly và cầu chì. Dao cách ly dùng để cách ly máy biến áp khi cần sửa chữa. Cầu chì dùng để bảo vệ ngắn mạch và quá tải cho máy biến áp. Phía hạ áp đặt áptômát tổng và các áptômát nhánh, thanh cái hạ áp được phân đoạn bằng áptômát phân đoạn. Để hạn chế dòng ngắn mạch về phía hạ áp của trạm và làm đơn giản việc bảo vệ ta lựa chọn phương thức cho hai máy biến áp làm việc độc lập (áptômát phân đoạn của thanh cái hạ áp thường ở trạng thái cắt). Chỉ khi nào một máy biến áp bị sự cố mới sử dụng áptômát phân đoạn để cấp điện cho phụ tải của phân đoạn đi với máy biến áp bị sự cố. Để tiện lợi cho việc lắp đặt, vận hành và sửa chữa ta sử dụng chung một loại dao cách ly cho tất cả các trạm biến áp phân xưởng. Dòng điện tính toán cho trạm có công suất lớn nhất là: IttB1 = = = 92,02 (A). Chọn tủ hợp bộ loại 8DH10 của hãng Siemens, dao cách ly 3 vị trí, cách điện bằng SF6, không phải bảo trì. Bảng 4-16: Thông số kỹ thuật của tủ đầu vào 8DH10 Loại tủ Uđm, (kV) Iđm (A) Uchịu đựng (kV) IN chịu đựng 1s (kA) 8DH10 12 200 25 25 Các máy biến áp đã chọn ở chương III là do hãng ABB sản xuất tại Việt Nam đã có hiệu chỉnh về nhiệt độ. Thông số kỹ thuật của các máy biến áp như sau: Bảng 4-17: Thông số kỹ thuật của các máy biến áp do ABB sản xuất. SđmB (kVA) UC (kV) UH (kV) (W) (W) UN % 1000 10 0,4 1750 13000 5,5 800 10 0,4 1400 10500 5,5 500 10 0,4 1000 7000 4,5 Phía hạ áp đặt các áptômát tổng và các áptômát nhánh do hãng MerlinGeirn (Pháp) ._.