Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho Nhà máy cơ khí địa phương

h tế xã hội, kế hoạch phát triển điện năng phải đi trước một bước, nhằm thoả mãn nhu cầu điện năng không những trong giai đoạn trước mắt mà còn dự kiến cho sự phát triển trong tương lai. - Ngày nay, nền kinh tế nước ta đang từng bước phát triển, đời sống nhân dân đang ngày càng được nâng cao. Cùng với sự phát triển đó thì nhu cầu về điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ và sinh hoạt cũng tăng trưởng không ngừng. Đặc biệt với chủ trương kinh tế mở của nhà nước, vốn đầu tư nước ngoài tăng lên làm các nhà máy, xí nghiệp mới mọc lên càng nhiều. Do đó đòi hỏi phải có hệ thống cung cấp điện an toàn, tin cậy để sản xuất và sinh hoạt. Để làm được điều này thì nước ta cần phải có một đội ngũ đông đảo và tài năng có thể thiết kế, đưa ứng dụng công nghệ điện vào trong đời sống. Sinh viên khoa điện trong tương lai không xa sẽ đứng trong đội ngũ này. Chính vì vậy đồ án môn học cung cấp điện là một yêu cầu cấp thiết cho mỗi sinh viên của khoa. Nó là bài kiểm tra khảo sát kiến thức tổng hợp của mỗi sinh viên, và cũng là điều kiện để cho sinh viên tự tìm hiểu và nghiên cứu kiến thức về ngành điện để hỗ trợ cho trình độ chuyên môn của mình. Mặc dù vậy, với sinh viên năm thứ tư còn đang ngồi trong ghế nhà trường thì kinh nghiệm thực tế còn chưa có nhiều, do đó cần phải có sự hướng dẫn giúp đỡ của thầy giáo. Qua đây em xin được gửi lời cảm ơn tới thầy Ngô Hồng Quang đã tận tình hướng dẫn, giúp em hoàn thành tốt đồ án môn học này. Sinh viên Đào Mạnh Hiến. Chương 1 Giới thiệu NGàNH NGHề Và QUI MÔ SảN XUấT CủA nhà máy 1.1. Quy mô, năng lực của nhà máy - Nhà máy cần thiết kế cung cấp điện trong đề tài thiết kế có quy mô khá lớn. Nhà máy có các phụ tải điện sau: Số trên mặt bằng Tên phân xưởng (phân xưởng) Diện tích ( m2 ) Công suất đặt (kW) 1 Phân xưởng kết cấu kim loại 200 1950 2 Phân xưởng lắp ráp cơ khí 600 1800 3 Phân xưởng đúc 400 1200 4 Phân xưởng nén khí 300 800 5 Phân xưởng rèn 200 1200 6 Trạm bơm 150 640 7 Phân xưởng sửa chữa cơ khí 200 Xác định theo tính toán 8 Phân xưởng gia công gỗ 500 450 9 Bộ phận hành chính và ban quản lý 400 80(Chưa kể chiếu sáng) 10 Bộ phận thử nghiệm 200 370 11 Phụ tải chiếu sáng các phân xưởng Xác định theo diện tích - Dự kiến trong tương lai nhà máy sẽ được mở rộng và thay thế, lắp đặt các thiết bị máy móc hiện đại hơn. Đứng về mặt cung cấp thì việc thiết kế cấp điện phải đảm bảo sự gia tăng phụ tải trong tương lai về mặt kĩ thuật và kinh tế, phải đề ra phương án cấp điện sao cho không gây quá tải sau vài năm sản xuất và không để quá dư thừa dung lượng mà sau vài năm nhà máy vẫn không khai thác hết dung lượng công suất dự trữ dẫn đến lãng phí. 1.2. Giới thiệu phụ tải điện của toàn nhà máy 1.2.1 . Các đặc điểm của phụ tải điện Phụ tải điện trong nhà máy công nghiệp có thể chia ra làm hai loại phụ tải Phụ tải động lực Phụ tải chiếu sáng Phụ tải động lực và phụ tải chiếu sáng thường làm việc ở chế độ dài hạn, điện áp yêu cầu trực tiếp tới thiết bị là 380/ 220 V ở tần số công nghiệp f=50 Hz. 1.2.2. Các yêu cầu về cung cấp điện của nhà máy - Các yêu cầu cung cấp điện phải dựa vào phạm vi và mức độ quan trọng của các thiết bị để từ đó vạch ra phương thức cấp điện cho từng thiết bị cũng như trong các phân xưởng trong nhà máy, đánh giá tổng thể toàn nhà máy ta thấy tỉ lệ (%) của phụ tải loại I lớn hơn tỉ lệ (%) của phụ tải loại II và III, do đó nhà máy được đánh giá là hộ phụ tải loại I, vì vậy yêu cầu cung cấp điện phải được đảm bảo liên tục. Tài liệu tham khảo Thiết kế cấp điện (nxb khoa học và kỹ thuật 2002)Tác giả: ngô hồng quang, vũ văn tẩm Sổ tay lựa chọn & tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến 500 kV (nxb khoa học và kỹ thuật 2002)Tác giả: ngô hồng quang Chương 2 Xác định phụ tải tính toán các phân xưởng và toàn nhà máy 2.1. Giới thiệu các phương pháp xác định phụ tải tính toán cho khu vực công nghiệp 2.1.1. Khái niệm về phụ tải tính toán ( phụ tải điện ) Phụ tải tính toán ( hay còn gọi là phụ tải điện ) là phụ tải không có thực, nó cần thiết cho việc chọn các trang thiết bị cung cấp điện (CCĐ) trong mọi trạng thái vận hành của hệ thống CCĐ. Phụ tải tính toán không phải là tổng công suất đặt của các thiết bị điện, việc sử dụng điện là không có qui luật.Trong thực tế vận hành ở chế độ dài hạn người ta muốn rằng phụ tải thực tế không gây ra những phát nóng các trang thiết bị CCĐ ( dây dẫn, máy biến áp, thiết bị đóng cắt ). Ngoài ra ở chế độ ngắn hạn thì nó không được gây tác động cho các thiết bị bảo vệ ( ví dụ ở các chế độ khởi động của các phụ tải thì cầu chì hoặc các thiết bị bảo vệ khác không được cắt ). Như vậy phụ tải tính toán thực chất là phụ tải giả thiết tương đương với phụ tải thực tế về một vài phương diện nào đó. Trong thực tế thiết kế người ta thường quan tâm đến hai yếu tố cơ bản do phụ tải gây ra đó là phát nóng và tổn thất, vì vậy tồn tại hai loại phụ tải tính toán cần phải được xác định đó là phụ tải tính toán theo điều kiện phát nóng và phụ tải tính toán theođiều kiện tổn thất. Phụ tải tính toán theo điều kiện phát nóng là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi tương đương với phụ tải thực tế biến thiên về hiệu quả nhiệt lớn nhất. Phụ tải tính toán theo điều kiện tổn thất thường được gọi là phụ tải đỉnh nhọn là phụ tải cực đại ngắn hạn xuất hiện trong một thời gian ngắn từ 1 đến 2 giây chúng chưa gây ra phát nóng cho các trang thiết bị nhưng lại gây ra các tổn thất và có thể là nhảy các bảo vệ hoặc làm đứt cầu chì. Trong thực tế phụ tải đỉnh nhọn thường xuất hiện khi khởi động các động cơ hoặc khi đóng cắt các thiết bị cơ điện khác. Để xác định đúng phụ tải tính toán là rất khó, nhưng ta có thể dùng các phương pháp gần đúng trong tính toán. Có nhiều phương pháp như vậy, người kỹ sư cần phải căn cứ vào thông tin thu nhận được trong từng giai đoạn thiết kế để chọn phương pháp thích hợp, càng có nhiều thông tin ta càng chọn được phương pháp chính xác hơn. 2.1.2. Các phương pháp xác định phụ tải tính toán và phạm vi sử dụng a) Trong giai đoạn dự án khả thi: Thông tin mà ta biết được là diện tích D ( ha ) của khu chế xuất và ngành công nghiệp ( nặng hay nhẹ ) của khu chế xuất đó. Chú ý: 1 ha= 100m* 100m. Mục đích là dự báo phụ tải để chuẩn bị nguồn ( như nhà máy điện, đường dây không, trạm biến áp ). Từ các thông tin trên ta xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất. Stt= s0.D ( 2-1 ) Trong đó: s0 ( kVA/ ha ) – suất phụ tải trên một đơn vị diện tích. D ( ha ) – diện tích sản xuất có bố trí các thiết bị dùng điện. Để xác định s0 ta dựa vào kinh nghiệm: Đối với các ngành công nghiệp nhẹ ( dệt, may, giầy dép, bánh kẹo,... )ta lấy s0= ( 100 á 200 ) kVA/ ha. Đối với các ngành công nghiệp nặng ( cơ khí, hoá chất, dầu khí, luyện kim, xi măng,... ) ta lấy s0= ( 300 á 400 ) kVA/ ha. Nếu khu chế xuất đó là một xí nghiệp và biết được sản lượng thì ta xác định phụ tải tính toán cho khu chế xuất theo suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị sản phẩm và tổng sản lượng. ( 2-2 ) ( 2-3 ) Trong đó: a0 ( kWh/ 1sp ) - điện năng cần thiết để sản xuất 1 sản phẩm ( sp ) ( tra sổ tay ). M ( sp/ năm) – sản lượng. cosj - hệ số công suất hữu công của toàn bộ khu chế xuất ( tra sổ tay cùng với Tmax ). Tmax ( h ) – thời gian sử dụng công suất lớn nhất ( tra sổ tay trang 254, phụ lục I.4 sách thiết kế cấp điện ). Chú thích: Tmax là thời gian nếu hệ thống cung cấp điện chỉ truyền tải công suất lớn nhất thì sẽ truyền tải được một lượng điện năng đúng bằng lượng điện năng truyền tải trong thực tế một năm. Ta có thể xác định Tmax theo bảng sau: Các xí nghiệp Nhỏ hơn 3000 h Trong khoảng 3000 á 5000 h Lớn hơn 5000 h Xí nghiệp 1 ca X - - Xí nghiệp 2 ca - X - Xí nghiệp 3 ca - - X Trong đó: X – là ô ta chọn. - – là ô ta không chọn. Từ đó ta có: ( 2-4 ) b) Trong giai đoạn xây dựng nhà xưởng: Thông tin mà ta biết được là diện tích nhà xưởng D ( m2 ) và công suất đặt Pđ ( kW ) của các phân xưởng và phòng ban của nhà máy. Mục đích là: Xác định phụ tải tính toán cho các phân xưởng. Chọn biến áp cho phân xưởng. Chọn dây dẫn về phân xưởng. Chọn các thiết bị đóng cắt cho phân xưởng. Phụ tải tính toán của một phân xưởng được xác định theo công suất đặt Pđ và hệ số nhu cầu knc ( tra sổ tay trang 254, phụ lục I.3 sách thiết kế cấp điện ) theo các công thức sau: Ptt= Pđl= knc.Pđ ( 2-5 ) Pcs= P0.D ( 2-6 ) Qtt= Qđl= Ptt. tgj ( 2-7 ) Từ đó ta xác định được phụ tải tính toán của phân xưởng ( px ) như sau: Pttpx= Pđl+ Pcs ( 2-8 ) Qttpx= Qđl+ Qcs ( 2-9 ) Vì phân xưởng dùng đèn sợi đốt nên đối với phụ tải chiếu sáng thì j= 0 ( cosj= 1 ), ta có Qcs= Pcs.tgj= 0. Chú ý nếu dùng đèn tuýp hoặc quạt thì ta có cosj= 0.8, nếu dùng 2 quạt ( cosj= 0.8 ) và 1 đèn sợi đốt ( cosj=1 ) thì ta lấy chung cosj= 0.9 Trong các công thức trên: knc - hệ số nhu cầu ( tra sổ tay trang 254, phụ lục I.3 sách thiết kế cấp điện ). Pđ - công suất đặt. P0 ( W/m2 ) – suất phụ tải chiếu sáng ( trang 253, phụ lục I.2 sách thiết kế cấp điện ). Pđl , Qđl – các phụ tải động lực của phân xưởng. Pcs , Qcs – các phụ tải chiếu sáng của phân xưởng. Từ đó ta có: Vậy phụ tải tính toán của cả xí nghiệp là: ( 2-10 ) ( 2-11 ) Từ đó ta có: ( 2-12 ) ( 2-13 ) Trong đó: kđt – hệ số đồng thời ( thường có giá trị từ 0.85 á 1 ). m – số phân xưởng và phòng ban. c) Trong giai đoạn thiết kế chi tiết ( thiết kế nội thất ): Thông tin mà ta biết được là khá chi tiết, ta bắt đầu thực hiện việc phân nhóm các thiết bị máy móc ( từ 8 á 12 máy/ 1 nhóm ). Sau đó ta xác định phụ tải tính toán của một nhóm n máy theo công suất trung bình Ptb và hệ số cực đại kmax theo các công thức sau: ( 2-14 ) ( 2-15 ) Trong đó: n – số máy trong một nhóm. Ptb - công suất trung bình của nhóm phụ tải trong ca máy tải lớn nhất ( ). Pđm ( kW ) – công suất định mức của máy, nhà chế tạo cho. Uđm - điện áp dây định mức của lưới (Uđm = 380 V ). ksd – hệ số sử dụng công suất hữu công của nhóm thiết bị ( tra sổ tay trang 253, phụ lục I.1 sách thiết kế cấp điện ). kmax – hệ số cực đại công suất hữu công của nhóm thiết bị ( hệ số này được xác định theo hệ số sử dụng ksd và số thiết bị dùng điện hiệu quả nhq , tra sổ tay trang 256, phụ lục I.6 sách thiết kế cấp điện ). nhq - số thiết bị dùng điện hiệu quả: là số thiết bị có công suất bằng nhau, có cùng chế độ làm việc gây ra một phụ tải tính toán đúng bằng phụ tải tính toán do nhóm thiết bị điện thực tế có công suất và chế độ làm việc khác nhau gây ra. **) Các bước xác định nhq : Bước 1: xác định nI là số thiết bị có công suất lớn hơn hoặc bằng một nửa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất. Bước 2: xác định ( 2-16 ) Bước 3: xác định ( 2-17 ) ( 2-18 ) Trong đó: P – tổng công suất của các thiết bị trong nhóm thiết bị ( nhóm phụ tải ) đang xét. Bước 4: tra sổ tay trang 255, phụ lục I.5 sách thiết kế cấp điện ta được nhq* theo n* và P* Bước 5: tính nhq= n. nhq* ( 2-19 ) **) Chú ý: Nếu trong nhóm có phụ tải 1 pha đấu vào Upha ( 220V ) như quạt gió, .. ta phải qui đổi về 3 pha như sau: ( 2-30 ) Nếu trong nhóm có phụ tải 1 pha đấu vào Udây ( 380V ) như biến áp hàn, .. ta qui đổi về 3 pha như sau: ( 2-31 ) Nếu trong nhóm có thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại như cầu trục, cẩu, máy nâng, biến áp hàn,... ta qui đổi về chế độ dài hạn như sau: ( 2-32 ) Trong đó kd% - hệ số đóng điện phần trăm lấy theo thực tế. Ví dụ: 1 cầu trục 14 kW có kd%=36% thì kW 1 biến áp hàn 10 kW có kd%=25% thì kW Từ đó ta tính được phụ tải tính toán của cả phân xưởng theo các công thức sau: ( 2-33 ) ( 2-34 ) ( 2-35 ) ( 2-36 ) Các phân xưởng của các nhà máy trong thực tế thường dùng đèn sợi đốt nên Vậy ta tính được: ( 2-37 ) ( 2-38 ) ( do Qcs= 0 ) ( 2-39 ) ( 2-40 ) ( 2-41 ) ( 2-42 ) Trong đó: nm – số nhóm máy của phân xưởng mà ta đã phân ở trên. kđt – hệ số đồng thời ( thường có giá trị từ 0.85 á 1 ). **) Nhận xét: phương pháp này thường được dùng để tính phụ tải tính toán cho một nhóm thiết bị, cho các tủ động lực trong toàn bộ phân xưởng. Nó cho một kết quả khá chính xác, nhưng phương pháp này đòi hỏi một lượng thông tin đầy đủ về các phụ tải như: chế độ làm việc của từng phụ tải, công suất đặt của từng phụ tải, số lượng các thiết bị trong nhóm ( ksdi, Pdmi, cosji,... ). d) Trong giai đoạn phát triển tương lai của nhà máy: Trong tương lai, dự kiến nhà máy sẽ được mở rông và thay thế, lắp đặt các máy móc hiện đại hơn. Công thức tính toán: SNM(t)= SttNM(1+at) ( 2-42 ) Với 0<t<T Trong đó: SNM(t) – là phụ tải tính toán của nhà máy sau t năm. SttNM – là phụ tải tính toán của nhà máy ở thời điểm khởi động. a - hệ số phát triển hàng năm của phụ tải cực đại (a thường lấy từ 0.0595 á 0.0685 , tra sổ tay ) . t – thời gian dự kiến trong tương lai. 2.2. Xác định phụ tải tính toán cho phân xưởng sửa chữa cơ khí 2.2.1. Phân loại và phân nhóm phụ tải cho phân xưởng Nhận xét: Các thiết bị đều làm việc ở chế độ dài hạn. Để phân nhóm phụ tải ta dựa vào các nguyên tắc sau:- Các thiết bị trong nhóm nên có cùng một chế độ làm việc.- Các thiết bị trong nhóm nên được đặt gần nhau, tránh chồng chéo khi đi dây và sẽ giảm được tổn thất.- Tổng công suất các thiết bị trong nhóm cũng nên cân đối để khỏi quá chênh lệch giữa các nhóm nhằm tạo tính đồng loại cho các trang thiết bị cung cấp điện.- Số lượng các thiết bị trong cùng một nhóm không nên quá nhiều vì số lộ ra của các tủ dộng lực cũng bị hạn chế và nếu đặt nhiều quá sẽ làm phức tạp trong vận hành và sửa chữa, cũng như làm giảm độ tin cậy cung cấp điện cho từng thiết bị Căn cứ vào vị trí, công suất của các thiết bị bố trí trên mặt bằng phân xưởng ta chia làm các nhóm phụ tải như sau: Nhóm 1: 12; 13; 14; 4; 3; 5; 2 Nhóm 2: 1; 6; 7; 8; 9; 10; 16; 17; 18; 19; 20; 28 Nhóm 3: 46; 47; 44; 43; 45; 48; 49; 50; 51 Nhóm 4: 53; 54; 21; 27; 11; 15; 7; 23; 24 Nhóm 5: 31; 32; 33; 34 Bảng 2-1: Bảng công suất đặt tổng của các nhóm Nhóm phụ tải 1 2 3 4 5 Tổng công suất P ( kW ) 103.2 76.15 67.2 35.9 125 2.2.2. Xác định phụ tải tính toán cho các nhóm thiết bị ( nhóm phụ tải ) Vì đã có các thông tin chính xác về mặt bằng bố trí máy móc thiết bị, biết được công suất và quá trình công nghệ của từng thiết bị, nên ta xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số cực đại. áp dụng các công thức tính trong phần c, mục 2.1.2. ta xác định phụ tải tính toán cho các nhóm. a) Xác định phụ tải tính toán cho nhóm 1 Tra sổ tay ta được ksd= 0.16 ; cosj= 0.6 ị tgj= 1.33 Bảng 2-2: Bảng số liệu nhóm 1 STT Tên thiết bị Số lượng Công suất định mức ( kW ) Ký hiệu trên mặt bằng Nhãn hiệu 1 Máy bào ngang 2 9 12 7A35 2 Máy xọc 3 8.4 13 S3A 3 Máy xọc 1 1.7 14 7417 4 Máy tiện tự động 2 5.8 4 I815M 5 Máy tiện tự động 2 14 3 2A- 62 6 Máy tiện tự động 1 3.4 5 I615M 7 Máy tiện tự động 3 5.1 2 TP-IM 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=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._.