Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho Nhà máy Đường

LỜI NÓI ĐẦU Trong sự nghiệp công nghiệp hoá - hiện đại hoá nước nhà, công nghiệp điện lực giữ vai trò đặc biệt quan trọng bởi vì điện năng là nguồn năng lượng được dùng rộng rãi nhất trong các ngành kinh tế quốc dân. Khi xây dựng một nhà máy, một khu kinh tế, hay một khu dân cư mới,... trước tiên người ta phải xây dựng hệ thống cung cấp điện để phục vụ cho nhu cầu sản xuất và sinh hoạt của khu vực đó. Sự phát triển của các ngành công nghiệp và nhu cầu sử dụng điện năng đã làm cho hệ thống điện phát triển không ngừng cả về công suất truyền tải và mức độ phức tạp với sự yêu cầu về chất lượng điện năng ngày càng cao, đòi hỏi người làm chuyên môn cần phải nắm vững kiến thức cơ bản và hiểu biết sâu rộng về hệ thống điện. Chính vì những yêu cầu thực tế đó và với những kiến thức đã được học tập, nghiên cứu trong nhà trường mà trước khi tốt nghiệp em được giao đồ án với đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO NHÀ MÁY ĐƯỜNG. Trong suốt thời gian làm đồ án với sự nỗ lực của bản thân và sự hướng dẫn giúp đỡ của các thầy cô giáo trong bộ môn, đặc biệt được sự hướng dẫn tận tình, chi tiết của cô giáo Nguyễn Thị Hồng Hải, đến nay em đã hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp của mình. Song với vốn kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án tốt nghiệp của em không thể tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy em rất mong nhận được sự nhận xét góp ý của các thầy cô giáo để bản đồ án của em được hoàn chỉnh hơn. Cuối cùng em xin gửi tới các thầy cô giáo trong bộ môn lời cảm ơn chân thành nhất. PHẦN I THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO NHÀ MÁY ĐƯỜNG CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY Nhà máy bao gồm 8 phân xưởng, được xây dựng trên mặt bằng với diện tích khá lớn. Diện tích và công suất đặt của các phân xưởng được thể hiện dưới bảng sau. Bảng 1.1- Danh sách các phân xưởng trong nhà máy: SỐ TRÊN MẶT BẰNG TÊN PHÂN XƯỞNG CÔNG SUẤT ĐẶT (kW) DIỆN TÍCH (m2) 1 Kho củ cải đường 350 2140 2 Phân xưởng thái và nấu củ cải đường 700 1125 3 Bộ phận cô đặc 550 940 4 Phân xưởng tinh chế 750 625 5 Kho thành phẩm 150 1000 6 Phân xưởng sửa chữa cơ khí Theo tính toán 820 7 Trạm bơm 600 325 8 Kho than 350 1220 Hình 1.1- Sơ đồ mặt bằng nhà máy: Nguồn cung cấp điện cho nhà máy được lấy từ trạm biến áp trung gian quốc gia, điện áp 10 kV, công suất nguồn vô cùng lớn, công suất ngắn mạch là 200 MVA, nguồn cách nhà máy 6 km và dùng đường dây trên không, lộ kép, loại dây AC để truyền tải điện. Nhà máy làm việc với chế độ 3 ca, thời gian sử dụng công suất cực đại của nhà máy là T = 5000 h. Sau đây là số liệu cụ thể của các thiết bị trong phân xưởng sửa chữa cơ khí và sơ đồ mặt bằng toàn phân xưởng. Bảng 1.2- Danh sách các thiết bị của phân xưởng sửa chữa cơ khí: TT TÊN THIẾT BỊ SỐ LƯỢNG NHÃN HIỆU Pđm (kW) 1 MÁY TOÀN BỘ 1 2 3 4 5 6 BỘ PHẬN RÈN Búa hơi để rèn 2 M - 412 10,0 20,0 Búa hơi để rèn 2 M - 415A 28,0 56,0 Lò rèn 2 4,5 9,0 Lò rèn 1 6,0 6,0 Quạt lò 1 2,8 2,8 Quạt thông gió 1 2,5 2,5 Đe 2 mỏ 2 Máy ép ma sát 1 ØA124 10,0 10,0 Lò điện 1 H - 15 15,0 15,0 Bàn nắn 1 Dầm treo có pa lăng điện 1 4,85 4,85 Máy mài sắc 1 3M634 3,2 3,2 Quạt ly tâm 1 BBДNo8 7,0 7,0 Bàn 1 Bể đứng 1 Lò đứng 1 Máy biến áp 2 2,2 4,4 BỘ PHẬN NHIỆT LUYỆN Lò bằng chạy điện 1 Ш - 30 30,0 30,0 Lò điện để ram 1 ПH - 32 36,0 36,0 Lò điện 1 H - 30 30,0 30,0 Lò điện 1 C - 20 20,0 20,0 Lò điện 1 B - 20 20,0 20,0 Bể dầu 1 MB - 40 4,0 4,0 1 2 3 4 5 6 Thiết bị để tôi bánh răng 1 Y3Ш 18,0 18,0 Bể dầu có tăng nhiệt 1 3,0 3,0 1 Bể nước 1 Máy đo độ cứng đầu côn 1 TX 0,6 0,6 Máy đo độ cứng đầu tròn 1 TШ Bàn 1 Máy mài sắc 1 330 - 2 0,25 0,25 Bàn 1 Cần trục cánh có pa lăng điện 1 1,3 1,3 Thiết bị cao tần 1 ЛГ - 605 40,0 40,0 Tủ 1 Bàn 1 Thiết bị đo bi 1 23,0 23,0 Tủ đựng bi 1 Bàn 1 Máy nén khí 1 45,0 45,0 BỘ PHẬN MỘC Máy bào gỗ 1 CØ - 4 6,5 6,5 Máy khoan 1 CBПA 4,2 4,2 Bàn mộc 1 Máy cưa đai 1 C80 - 3 4,5 4,5 Bàn 3 Máy bào gỗ 1 CP6 - 5Г 10,0 10,0 Máy cưa tròn 1 Ц - 5 7,0 7,0 BỘ PHẬN QUẠT GIÓ Quạt gió trung áp 1 9,0 9,0 Quạt số 9,5 1 12,0 12,0 Quạt số 14 1 18,0 18,0 CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải thực tế (biến đổi) về mặt hiệu quả phát nhiệt hoặc mức độ huỷ hoại cách điện. Nói cách khác, phụ tải tính toán cũng đốt nóng thiết bị lên tới nhiệt độ tương tự như phụ tải thực tế gây ra, vì vậy chọn các thiết bị theo phụ tải tính toán sẽ đảm bảo an toàn cho thiết bị về mặt phát nóng. Phụ tải tính toán được sử dụng để lựa chọn và kiểm tra các thiết bị trong hệ thống cung cấp điện như: máy biến áp, dây dẫn, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ ... tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng, tổn thất điện áp; lựa chọn dung lượng bù công suất phản kháng ... Phụ tải tính toán phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: công suất, số lượng, chế độ làm việc của các thiết bị điện, trình độ và phương thức vận hành hệ thống ... Nếu phụ tải tính toán xác định được nhỏ hơn phụ tải thực tế thì sẽ làm giảm tuổi thọ của thiết bị điện, có khả năng dẫn đến sự cố, cháy nổ … Ngược lại, các thiết bị được lựa chọn sẽ dư thừa công suất làm ứ đọng vốn đầu tư, gia tăng tổn thất … Cùng vì vậy đã có nhiều công trình nghiên cứu và phương pháp xác định phụ tải tính toán, song cho đến nay vẫn chưa có được phương pháp nào thật hoàn thiện. Những phương pháp cho kết quả đủ tin cậy thì lại quá phức tạp, khối lượng tính toán và những thông tin ban đầu đòi hỏi quá lớn và ngược lại. Trong thực tế tuỳ theo đặc điểm và quy mô của công trình, tuỳ theo giai đoạn thiết kế là sơ bộ hay kỹ thuật thi công mà chọn phương pháp thích hợp. CÁC ĐẠI LƯỢNG VÀ HỆ SỐ TÍNH TOÁN THƯỜNG GẶP Công suất định mức Pđm Công suất định mức của các thiết bị điện thường được nhà chế tạo ghi sẵn trong lý lịch máy hoặc trên nhãn hiệu 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 đầu vào hay công suất đặt của động cơ được tính như sau : Pđ = trong đó: Pđm - công suất định mức của động cơ, kW ; hđc - hiệu suất định mức của động cơ. Trên thực tế, hiệu suất của động cơ tương đối cao nên có thể coi Pđ » Pđm. 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 = trong đó: DP, DQ - 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 = Biết được Ptb ta có thể đánh giá được mức độ sử dụng thiết bị. Ptb là một số liệu quan trọng để xác định phụ tải tính toán, tính tổn thất điện năng. Phụ tải cực đại Pmax Phụ tải cực đại là phụ tải trung bình lớn nhất trong khoảng thời gian tương đối ngắn (từ 5-30 phút), ứng với ca làm việc có phụ tải lớn nhất trong ngày. Đôi khi người ta dùng phụ tải cực đại được xác định như trên để làm phụ tải tính toán. Phụ tải đỉnh nhọn Pđn Phụ tải đỉnh nhọn là phụ tải xuất hiện trong khoảng thời gian 1-2 giây, thường xảy ra khi mở máy động cơ. Phụ tải tính toán Ptt Phụ tải tính toán là phụ tải được giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải thực tế (biến đổi) về mặt hiệu ứng nhiệt lớn nhất. Nói một cách khác, phụ tải tính toán cũng làm nóng dây dẫn lên tới nhiệt độ lớn nhất do phụ tải thực tế gây ra. Quan hệ giữa phụ tải tính toán và các phụ tải khác được nêu trong bất đẳng thức sau: Ptb £ Ptt £ Pmax . Hệ số sử dụng ksd Hệ số sử dụng là tỷ sổ giữa phụ tải tác dụng trung bình với công suất định mức thiết bị. Đối với một thiết bị: ksd = Đối với nhóm thiết bị: ksd = Nếu có đồ thị phụ tải thì hệ số sử dụng được xác định theo công thức: ksd = 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 một số liệu để tính phụ tải tính toán. Hệ số phụ tải kpt Hệ số phụ tải là tỷ 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. Vì vậy: kpt = = Nếu có đồ thị phụ tải thì hệ số phụ tải được xác định như công thức tính ksd ở trên. Hệ số phụ tải nói lên mức độ sử dụng, khai thác thiết bị điện trong khoảng thời gian đang xét. Hệ số cực đại kmax Hệ số cực đại là tỷ số giữa phụ tải tính toán và phụ tải trung bình trong khoảng thời gian đang xét: kmax = 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, nên trong quá trình tính toán thường tra theo đường cong kmax = f(nhq,ksd). Hệ số nhu cầu knc Hệ số nhu cầu là tỷ số giữa phụ tải tính toán và công suất định mức: knc = = = kmax.ksd 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 thiết bị thực tế (gồm các thiết bị có chế độ làm việc và công suất khác nhau). Công thức tính nhq : nhq = CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN Có nhiều phương pháp xác định phụ tải tính toán khác nhau với độ chính xác cũng khác nhau. Tuỳ từng trường hợp cụ thể mà ta áp dụng phương pháp thích hợp. Sau đây là một số phương pháp xác định phụ tải tính toán thường dùng. Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu Công thức tính: Ptt = knc. (kW) Qtt = Ptt.tgj (kVAr) Stt = (kVA) Một cách gần đúng có thể lấy Pđ = Pđm , do đó: Ptt = knc. trong đó: Pđi ,Pđmi - công suất đặt và công suất định mức của thiết bị thứ i, kW; knc - hệ số nhu cầu, tra trong sổ tay kỹ thuật; Ptt, Qtt, Stt - công suất tác dụng, phản kháng, toàn phần tính toán của nhóm thiết bị, kW, kVAr, kVA; n - số thiết bị trong nhóm. Nếu hệ số công suất của các thiết bị trong nhóm không giống nhau thì phải tính hệ số công suất trung bình theo công thức sau: cosj tb = Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, tính toán thuận tiện, tuy nhiên có nhược điểm là độ chính xác không cao vì hệ số knc là cố định được tra trong sổ tay kỹ thuật, do đó nó không phụ thuộc vào chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm máy thực tế. Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích Công thức tính: Ptt = p0.F (kW) trong đó: p0 - suất phụ tải trên 1 m2 diện tích sản xuất, kW/m2; F - diện tích sản xuất, m2. Phương pháp này chỉ cho kết quả gần đúng vì vậy nó thường được dùng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ và để tính phụ tải các phân xưởng có mật độ máy móc sản xuất phân bố tương đối đều. Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm Công thức tính: Ptt = (kW) trong đó: M - số đơn vị sản phẩm sản xuất ra trong một năm (sản lượng); w0 - suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm, kWh/đơn vị sản phẩm; Tmax - thời gian sử dụng công suất lớn nhất, h. Phương pháp này thường được dùng cho các thiết bị điện có đồ thị phụ tải ít biến đổi như: quạt gió, bơm nước… khi đó phụ tải tính toán gần bằng phụ tải trung bình và kết quả khá chính xác. Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại và công suất trung bình (còn gọi là phương pháp số thiết bị hiệu quả). Công thức tính: Ptt = kmax.ksd. (kW) trong đó: Pđmi - công suất định mức của thiết bị thứ i trong nhóm, kW; n - số thiết bị trong nhóm; 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); nhq - số thiết bị dùng điện hiệu quả, nhq = Khi số thiết bị dùng điện trong nhóm n > 5 tính nhq theo công thức trên khá phiền phức, vì vậy trong thực tế người ta tìm nhq theo bảng hoặc đường cong cho trước. Trình tự tính như sau: Trước hết tính: n* = và 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, P1 - tổng công suất của n và n1 thiết bị. Sau khi tính được n* và P* tiếp theo tra theo sổ tay kỹ thuật ta tìm được nhq* = f (n*,P*) từ đó tính nhq theo công thức nhq = n. nhq* 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 n £ 3 và nhq £ 4, phụ tải tính toán được tính theo công thức: Ptt = Nếu n >3 và nhq < 4, phụ tải tính toán được tính theo công thức: Ptt = trong đó: kpti - hệ số phụ tải của từng máy. Nếu không có số liệu chính xác, kpt có thể lấy gần đúng như sau: - kpt = 0,9 đối với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn. - kpt = 0,75 đối với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. Nếu nhq > 300 và ksd 300 và ksd ≥ 0,5 thì: Ptt = 1,05.ksd. Đối với các thiết bị có đồ thị phụ tải bằng phẳng (các máy bơm, quạt, máy nén khí…) phụ tải tính toán có thể lấy bằng phụ tải trung bình: Ptt = Ptb = ksd. Nếu trong mạng có thiết bị một pha cần phải phân phối đều các thiết bị cho ba pha của mạng. Trước khi xác định nhq phải quy đổi công suất của các phụ tải một pha về phụ tải ba pha tương đương: - Nếu thiết bị một pha đấu vào điện áp pha: Pqđ = 3.Ppha max - Nếu thiết bị một pha đấu vào điện áp dây: Pqđ = . Ppha max Nếu trong nhóm có thiết bị tiêu thụ điện làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại thì phải quy đổi về chế độ dài hạn trước khi xác định nhq theo công thức: Pqđ = .Pđm trong đó: eđm - hệ số đóng điện tương đối phần trăm, được cho trong lý lịch máy. 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 một loạt các yếu tố quan trọng như: ảnh hưởng của số lưọng thiết bị trong nhóm, số thiết bị có công suất lớn nhất cũng như sự khác nhau về chế độ làm việc của chúng. XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA PHÂN XƯỞNG SỬA CHỮA CƠ KHÍ THEO PHƯƠNG PHÁP PTB VÀ KMAX Phân xưởng sửa chữa cơ khí là phân xưởng số 6 trong sơ đồ mặt bằng nhà máy. Phân xưởng có diện tích bố trí thiết bị là 820 m2. Trong phân xưởng có 56 thiết bị, công suất của các thiết bị rất khác nhau. Thiết bị có công suất lớn nhất là 45 kW (máy nén khí), song cũng có thiết bị có công suất rất nhỏ (0,25 kW). Phần lớn các thiết bị có chế độ làm việc dài hạn, chỉ có 2 thiết bị, ký hiệu trên bản vẽ là 11 và 32 (pa lăng điện), là có chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại. Muốn xác định phụ tải tính toán được chính xác thì công việc đầu tiên là phải phân nhóm thiết bị điện theo các nguyên tắc sau: Các thiết bị 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. Chế độ làm việc của các thiết bị trong cùng một nhóm nên giống nhau để việc xác định phụ tải tính toán được chính xác hơn và thuận lợi cho việc lựa chọn phương thức cung cấp điện cho nhóm. Tổng công suất các nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại tủ động lực cần dùng trong phân xưởng và toàn nhà máy. Số thiết bị trong một nhóm cũng không nên quá nhiều bởi số đầu ra của các tủ động lực thường £ 8 - 12. Tuy nhiên thường thì rất khó thoả mãn cùng một lúc cả 4 nguyên tắc trên, do vậy người thiết kế cần phải lựa chọn cách phân nhóm sao cho hợp lý nhất. Dựa theo nguyên tắc phân nhóm phụ tải điện đã nêu ở trên và căn cứ vào vị trí, công suất của các thiết bị trên mặt bằng phân xưởng có thể chia các thiết bị trong phân xưởng sửa chữa cơ khí thành 6 nhóm. Kết quả phân nhóm phụ tải điện được trình bày trong bảng 2.1. Bảng 2.1- Tổng hợp kết quả phân nhóm phụ tải điện: TT TÊN THIẾT BỊ SỐ LƯỢNG KÝ HIỆU TRÊN BẢN VẼ Pđm (kW) 1 MÁY TOÀN BỘ 1 2 3 4 5 6 NHÓM 1 Búa hơi để rèn 2 2 28,0 56,0 Lò rèn 1 3 4,5 4,5 Lò rèn 1 4 6,0 6,0 Máy ép ma sát 1 8 10,0 10,0 Lò điện 1 9 15,0 15,0 Quạt ly tâm 1 13 7,0 7,0 Máy biến áp 2 17 2,2 4,4 Cộng nhóm 1 9 102,9 NHÓM 2 Búa hơi để rèn 2 1 10,0 20,0 Lò rèn 1 3 4,5 4,5 Quạt lò 1 5 2,8 2,8 Quạt thông gió 1 6 2,5 2,5 Dầm treo có pa lăng điện 1 11 2,43 2,43 Máy mài sắc 1 12 3,2 3,2 Cộng nhóm 2 7 35,43 NHÓM 3 Lò bằng chạy điện 1 18 30,0 30,0 1 2 3 4 5 6 Lò điện để ram 1 19 36,0 36,0 Lò điện 1 20 30,0 30,0 Lò điện 1 21 20,0 20,0 Lò điện 1 22 20,0 20,0 Cộng nhóm 3 5 136,0 NHÓM 4 Bể dầu 1 23 4,0 4,0 Thiết bị để tôi bánh răng 1 24 18,0 18,0 Bể dầu có tăng nhiệt 1 25 3,0 3,0 Máy đo độ cứng đầu côn 1 27 0,6 0,6 Máy mài sắc 1 30 0,25 0,25 Cần trục cánh có palăng điện 1 32 0,65 0,65 Thiết bị cao tần 1 33 40,0 40,0 Thiết bị đo bi 1 36 23,0 23,0 Cộng nhóm 4 8 89,5 NHÓM 5 Máy bào gỗ 1 40 6,5 6,5 Máy khoan 1 41 4,2 4,2 Máy cưa đai 1 43 4,5 4,5 Máy bào gỗ 1 45 10,0 10,0 Máy cưa tròn 1 46 7,0 7,0 Cộng nhóm 5 5 32,2 NHÓM 6 Máy nén khí 1 39 45,0 45,0 Quạt gió trung áp 1 47 9,0 9,0 Quạt số 9,5 1 48 12,0 12,0 Quạt số 14 1 49 18,0 18,0 Cộng nhóm 6 4 84,0 Xác định phụ tải tính toán của các nhóm phụ tải Nhóm 1 Tra bảng PL1.1 (TL1) ta tìm được ksd = 0,3 ; cosj = 0,7 Þ tgj = 1,02. n = 9; n1 = 3 Þ n* = = = 0,33 ; P* = = = 0,69 Tra bảng PL1.4 (TL1) nhq* = f(n*,P*) tìm được nhq* = 0,58 Số thiết bị sử dụng hiệu quả nhq = nhq*.n = 0,58. 9 = 5,22 Tra bảng PL1.5 (TL1) với ksd = 0,3 và nhq = 5 tìm được kmax = 2 Bảng 2.2- Danh sách các thiết bị thuộc nhóm 1: TT TÊN THIẾT BỊ SỐ LƯỢNG KÝ HIỆU TRÊN BẢN VẼ Pđm (kW) 1 MÁY TOÀN BỘ 1 Búa hơi để rèn 2 2 28,0 56,0 2 Lò rèn 1 3 4,5 4,5 3 Lò rèn 1 4 6,0 6,0 4 Máy ép ma sát 1 8 10,0 10,0 5 Lò điện 1 9 15,0 15,0 6 Quạt ly tâm 1 13 7,0 7,0 7 Máy biến áp 2 17 2,2 4,4 Cộng nhóm 1 9 102,9 Phụ tải tính toán nhóm 1: Ptt = kmax.ksd = 2. 0,3. 102,9 = 61,74 (kW) Qtt = tgj .Ptt = 1,02. 61,74 = 63 (kVAr) Stt = = = 88,2 (kVA) Itt = = = 134 (A) Nhóm 2 Trong nhóm có palăng điện làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại nên cần quy đổi về chế độ làm việc dài hạn theo công thức: Pqđ = .Pđm = .4,85 = 2,43 (kW) Bảng 2.3- Danh sách các thiết bị thuộc nhóm 2: TT TÊN THIẾT BỊ SỐ LƯỢNG KÝ HIỆU TRÊN BẢN VẼ Pđm (kW) 1 MÁY TOÀN BỘ 1 Búa hơi để rèn 2 1 10,0 20,0 2 Lò rèn 1 3 4,5 4,5 3 Quạt lò 1 5 2,8 2,8 4 Quạt thông gió 1 6 2,5 2,5 5 Dầm treo có pa lăng điện 1 11 2,43 2,43 6 Máy mài sắc 1 12 3,2 3,2 Cộng nhóm 2 7 35,43 Tra bảng PL1.1 (TL1) ta tìm được ksd = 0,3 ; cosj = 0,7 Þ tgj = 1,02. n = 7; n1 = 2 Þ n* = = = 0,29 ; P* = = = 0,56 Tra bảng PL1.4 (TL1) nhq* = f(n*,P*) tìm được nhq* = 0,73 Số thiết bị sử dụng hiệu quả nhq = nhq*.n = 0,73. 7 = 5,11 Tra bảng PL1.5 (TL1) với ksd = 0,3 và nhq = 5 tìm được kmax = 2 Phụ tải tính toán nhóm 2: Ptt = kmax.ksd = 2. 0,3. 35,43 = 21,26 (kW) Qtt = tgj .Ptt = 1,02. 21,26 = 21,7 (kVAr) Stt = = = 30,37 (kVA) Itt = = = 46,1 (A) Nhóm 3 Bảng 2.4- Danh sách các thiết bị thuộc nhóm 3: TT TÊN THIẾT BỊ SỐ LƯỢNG KÝ HIỆU TRÊN BẢN VẼ Pđm (kW) 1 MÁY TOÀN BỘ 1 Lò bằng chạy điện 1 18 30,0 30,0 2 Lò điện để ram 1 19 36,0 36,0 3 Lò điện 1 20 30,0 30,0 4 Lò điện 1 21 20,0 20,0 5 Lò điện 1 22 20,0 20,0 Cộng nhóm 3 5 136,0 Tra bảng PL1.1 (TL1) ta tìm được ksd = 0,8 ; cosj = 0,9 Þ tgj = 0,484. n = 5; n1 = 5 Þ n* = = 1 ; P* = = 1 Tra bảng PL1.4 (TL1) nhq* = f(n*,P*) tìm được nhq* = 0,95 Số thiết bị sử dụng hiệu quả nhq = nhq*.n = 0,95. 5 = 4,75 Tra bảng PL1.5 (TL1) với ksd = 0,8 và nhq = 5 tìm được kmax = 1,12 Phụ tải tính toán nhóm 3: Ptt = kmax.ksd = 1,12. 0,8. 136 = 121,9 (kW) Qtt = tgj .Ptt = 0,484. 121,9 = 59 (kVAr) Stt = = = 135,4 (kVA) Itt = = = 205,7 (A) Nhóm 4 Trong nhóm có palăng điện làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại nên cần quy đổi về chế độ làm việc dài hạn theo công thức: Pqđ = .Pđm = .1,3 = 0,65 (kW) Bảng 2.5- Danh sách các thiết bị thuộc nhóm 4: TT TÊN THIẾT BỊ SỐ LƯỢNG KÝ HIỆU TRÊN BẢN VẼ Pđm (kW) 1 MÁY TOÀN BỘ 1 Bể dầu 1 23 4,0 4,0 2 Thiết bị để tôi bánh răng 1 24 18,0 18,0 3 Bể dầu có tăng nhiệt 1 25 3,0 3,0 4 Máy đo độ cứng đầu côn 1 27 0,6 0,6 5 Máy mài sắc 1 30 0,25 0,25 6 Cần trục cánh có palăng điện 1 32 0,65 0,65 7 Thiết bị cao tần 1 33 40,0 40,0 8 Thiết bị đo bi 1 36 23,0 23,0 Cộng nhóm 4 8 89,5 Tra bảng PL1.1 (TL1) ta tìm được ksd = 0,15 ; cosj = 0,6 Þ tgj = 1,33. n = 8; n1 = 2 Þ n* = = = 0,25 ; P* = = = 0,7 Tra bảng PL1.4 (TL1) nhq* = f(n*,P*) tìm được nhq* = 0,45 Số thiết bị sử dụng hiệu quả nhq = nhq*.n = 0,45. 8 = 3,6 Vì n > 3; nhq < 4 nên phụ tải tính toán nhóm 4 được tính theo công thức: Ptt = = 0,9. 89,5 = 80,6 (kW) Qtt = tgj .Ptt = 1,33. 80,6 = 107,1 (kVAr) Stt = = = 134,25 (kVA) Itt = = = 204 (A) Nhóm 5 Bảng 2.6- Danh sách các thiết bị thuộc nhóm 5: TT TÊN THIẾT BỊ SỐ LƯỢNG KÝ HIỆU TRÊN BẢN VẼ Pđm (kW) 1 MÁY TOÀN BỘ 1 Máy bào gỗ 1 40 6,5 6,5 2 Máy khoan 1 41 4,2 4,2 3 Máy cưa đai 1 43 4,5 4,5 4 Máy bào gỗ 1 45 10,0 10,0 5 Máy cưa tròn 1 46 7,0 7,0 Cộng nhóm 5 5 32,2 Tra bảng PL1.1 (TL1) ta tìm được ksd = 0,15 ; cosj = 0,6 Þ tgj = 1,33. n = 5; n1 = 3 Þ n* = = = 0,6 ; P* = = = 0,73 Tra bảng PL1.4 (TL1) nhq* = f(n*,P*) tìm được nhq* = 0,88 Số thiết bị sử dụng hiệu quả nhq = nhq*.n = 0,88. 7 = 4,4 Tra bảng PL1.5 (TL1) với ksd = 0,15 và nhq = 4 tìm được kmax = 3,11. Phụ tải tính toán nhóm 5: Ptt = kmax.ksd = 3,11. 0,15. 32,2 = 15 (kW) Qtt = tgj .Ptt = 1,33. 15 = 20 (kVAr) Stt = = = 25 (kVA) Itt = = = 38 (A) Nhóm 6 Tra bảng PL1.1 (TL1) ta tìm được ksd = 0,7 ; cosj = 0,8 Þ tgj = 0,75. Vì các thiết bị trong nhóm có đồ thị phụ tải bằng phẳng nên phụ tải tính toán có thể lấy bằng phụ tải trung bình. Bảng 2.7- Danh sách các thiết bị thuộc nhóm 6: TT TÊN THIẾT BỊ SỐ LƯỢNG KÝ HIỆU TRÊN BẢN VẼ Pđm (kW) 1 MÁY TOÀN BỘ 1 Máy nén khí 1 39 45,0 45,0 2 Quạt gió trung áp 1 47 9,0 9,0 3 Quạt số 9,5 1 48 12,0 12,0 4 Quạt số 14 1 49 18,0 18,0 Cộng nhóm 6 4 84,0 Phụ tải tính toán nhóm 6: Ptt = Ptb = ksd.Pđm = 0,7. 84 = 58,8 (kW) Qtt = tgj .Ptt = 0,75. 58,8 = 44,1 (kVAr) Stt = = = 73,5 (kVA) Itt = = = 112 (A) Xác định phụ tải đỉnh nhọn của các nhóm thiết bị Phụ tải đỉnh nhọn là phụ tải lớn nhất xuất hiện trong khoảng thời gian từ 1-2 giây. Đối với nhóm động cơ thì phụ tải đỉnh nhọn xuất hiện khi một động cơ có công suất lớn nhất nhóm khởi động, còn các động cơ khác làm việc bình thường. Phụ tải đỉnh nhọn được dùng để kiểm tra dao động điện áp, điều kiện tự khởi động của động cơ, kiểm tra điều kiện làm việc của cầu chì, tính dòng điện khởi động của rơ le bảo vệ…Chúng ta không những chỉ qua tâm đến trị số phụ tải đỉnh nhọn mà còn quan tâm đến tần suất xuất hiện của nó. Bởi vì số lần xuất hiện phụ tải đỉnh nhọn càng tăng thì càng ảnh hưởng tới sự làm việc bình thường của các thiết bị dùng điện khác ở trong cùng một mạng điện. Công thức tính dòng điện đỉnh nhọn của nhóm máy là: Iđn = Iđm max.kkđ + (Itt - ksd.Iđm max) (trang 53, TL3) trong đó: Iđn - dòng điện đỉnh nhọn của nhóm; Iđm max - dòng định mức của thiết bị có dòng mở máy lớn nhất; kmm - bội số dòng điện mở máy ; Itt - dòng điện tính toán của nhóm máy; ksd - hệ số sử dụng của thiết bị có dòng mở máy lớn nhất. Đối với nhóm thiết bị 1 ta có: (kkđ = 5) Iđn = 5.60,8 + (134 - 0,3.60,8) = 402,4 (A) Tính toán tương tự với các nhóm còn lại ta có bảng sau: Bảng 2.8- Phụ tải đỉnh nhọn của các nhóm trong phân xưởng SCCK: NHÓM Itt (A) kkđ Iđn (A) Nhóm 1 134 5 419,5 Nhóm 2 46,1 5 250,1 Nhóm 3 205,7 3 339,5 Nhóm 4 204 3 492,7 Nhóm 5 38 5 160,7 Nhóm 6 112 5 479,7 Xác định phụ tải chiếu sáng cho phân xưởng sửa chữa cơ khí Phụ tải chiếu sáng được xác định theo phương pháp suất phụ tải trên một đơn vị diện tích: Pcs = p0.F (kW) trong đó: p0 - suất phụ tải trên 1 m2 diện tích sản xuất, kW/m2; F - diện tích sản xuất, m2. Trong phân xưởng sửa chữa cơ khí, hệ thống chiếu sáng sử dụng đèn sợi đốt có cosj = 1. Tra bảng PL1.7 (TL1) ta tìm được p0 = 12 W/m2. Phụ tải chiếu sáng của phân xưởng: Pcs = p0.F = 12.820= 9,84 (kW) Qcs = Pcs.tgjcs = 0 Xác định phụ tải tính toán cho toàn phân xưởng Phụ tải tác dụng của phân xưởng: Ppx = kđt. (kW) trong đó: kđt - hệ số đồng thời, để chỉ phụ tải của các nhóm không làm việc với công suất cực đại ở cùng một thời điểm, kđt = 0,85 ; Ptti - phụ tải tính toán tác dụng của nhóm thiết bị thứ i, kW . Ppx = 0,85.( 61,7+21,3+121,9+80,6+15,0+58,8) = 305,4 (kW) Phụ tải phản kháng của phân xưởng: Qpx = kđt. = 0,85.(63,0+21,7+59+107,1+20,0+44,1) = 267,7 (kVAr) Phụ tải toàn phần của phân xưởng kể cả chiếu sáng: Spx == = 413,6 (kVA) Ittpx = = = 628,4 (A) cosjpx = = = 0,76 Từ các kết quả trên ta có bảng tổng hợp phụ tải điện của phân xưởng sửa chữa cơ khí (Bảng 2.9). XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CHO CÁC PHÂN XƯỞNG CÒN LẠI Do chỉ biết trước công suất đặt và diện tích của các phân xưởng nên ở đây ta sẽ sử dụng phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu. Công suất tính toán động lực của phân xưởng: Pđl = knc. Pđ (kW) trong đó: knc - hệ số nhu cầu của phân xưởng, tra trong sổ tay kỹ thuật; Pđ - công suất đặt của phân xưởng, kW. Công suất tính toán chiếu sáng của phân xưởng: Pcs = p0.F (kW) Công suất tính toán tác dụng của phân xưởng: Ptt = Pđl + Pcs (kW) Công suất tính toán phản kháng của phân xưởng: Qtt = Qđl = Pđl.tgj (kVAr) Công suất tính toán toàn phần của phân xưởng: Stt = (kVA) Itt = (A) Kho củ cải đường Công suất đặt: 350 kW Diện tích: 2140 m2 Tra bảng PL1.3 (TL1) ta tìm được knc = 0,3; cosj = 0,7 Þ tgj = 1,02. Tra bảng PL1.7 (TL1) ta tìm được suất chiếu sáng p0 = 10 W/m2, ở đây hệ thống chiếu sáng sử dụng đèn sợi đốt nên có cosj = 1. Công suất tính toán động lực của phân xưởng: Pđl = knc. Pđ = 0,3. 350 = 105 (kW) Công suất tính toán chiếu sáng của phân xưởng: Pcs = p0.F = 10. 2140 = 21,4 (kW) Công suất tính toán tác dụng của phân xưởng: Ptt = Pđl + Pcs = 105 + 21,4 = 126,4 (kW) Công suất tính toán phản kháng của phân xưởng: Qtt = Qđl = Pđl.tgj = 105. 1,02 = 107,1 (kVAr) Công suất tính toán toàn phần của phân xưởng: Stt === 165,7 (kVA) Itt = = = 251,7 (A) Phân xưởng thái và nấu củ cải đường Công suất đặt: 700 kW Diện tích: 1125 m2 Tra bảng ta tìm được knc = 0,4; cosj = 0,75 Þ tgj = 0,88 ; p0 = 13 W/m2. Pđl = knc. Pđ = 0,4. 700 = 280 (kW) Pcs = p0.F = 13. 1125 = 14,6 (kW) Ptt = Pđl + Pcs = 280 + 14,6 = 294,6 (kW) Qtt = Qđl = Pđl.tgj = 280. 0,88 = 246,4 (kVAr) Stt === 384,1 (kVA) Itt = = = 583,5 (A) Bộ phận cô đặc Công suất đặt: 550 kW Diện tích: 940 m2 Tra bảng ta tìm được knc = 0,7; cosj = 0,61 Þ tgj = 1,3; p0 = 10 W/m2. Pđl = knc. Pđ = 0,7. 550 = 385 (kW) Pcs = p0.F = 10. 940 = 9,4 (kW) Ptt = Pđl + Pcs = 385 + 9,4 = 394,4 (kW) Qtt = Qđl = Pđl.tgj = 385. 1,3 = 500,5 (kVAr) Stt === 637,2 (kVA) Itt = = = 968,2 (A) Phân xưởng tinh chế Công suất đặt: 750 kW Diện tích: 625 m2 Tra bảng ta tìm được knc = 0,6; cosj = 0,71 Þ tgj = 0,99; p0 = 15 W/m2. Pđl = knc. Pđ = 0,6. 750 = 450 (kW) Pcs = p0.F = 15. 625 = 9,375 (kW) Ptt = Pđl + Pcs = 450 + 9,375 = 459,4 (kW) Qtt = Qđl = Pđl.tgj = 450. 0,99 = 445,5 (kVAr) Stt === 639,9(kVA) Itt = = = 972,3 (A) Kho thành phẩm Công suất đặt: 150 kW Diện tích: 1000 m2 Tra bảng ta tìm được knc = 0,4; cosj = 0,55 Þ tgj = 0,62; p0 = 10 W/m2. Pđl = knc. Pđ = 0,4. 150 = 60 (kW) Pcs = p0.F = 10. 1000 = 10 (kW) Ptt = Pđl + Pcs = 60 + 10 = 70 (kW) Qtt = Qđl = Pđl.tgj = 60. 0,62 = 37,2 (kVAr) Stt === 79,3 (kVA) Itt = = = 120,4 (A) Trạm bơm Công suất đặt: 600 kW Diện tích: 325 m2 Tra bảng ta tìm được knc = 0,75; cosj = 0,75 Þ tgj = 0,88; p0 = 10 W/m2. Pđl = knc. Pđ = 0,75. 600 = 450 (kW) Pcs = p0.F = 10. 325 = 3,25 (kW) Ptt = Pđl + Pcs = 450 + 3,25 = 453,25 (kW) Qtt = Qđl = Pđl.tgj = 450. 0,88 = 396 (kVAr) Stt === 601,9 (kVA) Itt = = = 914,5 (A) Kho than Công suất đặt: 350 kW Diện tích: 1220 m2 Tra bảng ta tìm được knc = 0,3; cosj = 0,7 Þ tgj = 1,02; p0 = 10 W/m2. Ptt = knc. Pđ = 0,3. 350 = 105 (kW) Pcs = p0.F = 10. 1220 = 12,2 (kW) Ptt = Pđl + Pcs = 105 + 12,2 = 117,2 (kW) Qtt = Qđl = Pđl.tgj = 105. 1,02 = 107,1 (kVAr) Stt === 158,8 (kVA) Itt = = = 241,2 (A) Kết quả xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng được ghi trong bảng 2.10. XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA NHÀ MÁY Công suất tác dụng tính toán của toàn nhà máy: Pttnm = kđt. (kW) trong đó: kđt - hệ số đồng thời lấy bằng 0,85 ; Ptti - công suất tác dụng tính toán của phân xưởng thứ i. Pttnm = 0,85. (126,4+294,6+394,4+459,4+70+315,2+453,3+117,2) = 1895,9 (kW) Công suất phản kháng tính toán của toàn nhà máy: Qttnm = kđt. = 0,85.(107,1+246,4+500,5+445,5+37,2+267,7+396+107,1) = 0,85. 2107,5 = 1791,4 (kVAr) Công suất toàn phần tính toán của toàn nhà máy: Sttnm = = = 2608,4 (kVA) Hệ số công suất của toàn nhà máy: cosjnm = = = 0,73 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN CAO ÁP CỦA NHÀ MÁY Việc lựa chọn sơ đồ cung cấp điện ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật của hệ thống. Một sơ đồ cung cấp điện được coi là hợp lý phải thoả mãn những yêu cầu cơ bản sau: Đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật. Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện. Thuận tiện và linh hoạt trong vận hành. An toàn cho người và thiết bị. Dễ dàng phát triển để đáp ứng yêu cầu tăng trưởng của phụ tải điện. Đảm bảo các chỉ tiêu về mặt kinh tế. Trinh tự tính toán thiết kế mạng điện cao áp cho nhà máy gồm các bước: Vạch các phương án cung cấp điện. Lựa chọn vị trí, số lượng, dung lượng của các trạm biến áp và lựa chọn chủng loại, tiết diện các đường dây cho các phương án. Tính toán kinh tế - kỹ thuật để lựa chọn phương án hợp lý. Thiết kế chi tiết cho phương án được chọn. VẠCH CÁC PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN Xác định tâm phụ tải của nhà máy Tâm phụ tải điện là điểm thoả mãn điều kiện mômen phụ tải đạt giá trị cực tiểu, nghĩa là ® min trong đó: Pi và li - công suất và khoảng cách của phụ tải thứ i đến tâm phụ tải. Tâm phụ tải điện được xác định theo công thức sau: x0 = ; y0 = ; z0 = trong đó: x0, y0, z0 - toạ độ của tâm phụ tải điện; xi, yi, zi - toạ độ phụ tải thứ i tính theo một hệ trục toạ độ XYZ tuỳ chọn; Si - công suất của phụ tải thứ i. Trong thực tế thường ít quan tâm đến toạ độ z. Tâm phụ tải điện là vị trí tốt nhất để đặt các trạm biến áp, trạm phân phối, tủ phân phối, tủ động lực nhằm mục đích tiết kiệm chi phí cho dây dẫn và giảm tổn thất trên lưới điện. Trên sơ đồ mặt bằng nhà máy vẽ một hệ toạ độ XOY. Vậy tâm phụ tải của nhà máy M(x0,y0) được xác định theo công thức: x0 = ; y0 = trong đó: x0, y0 - toạ độ tâm phụ tải điện của nhà máy; xi, yi - toạ độ tâm phụ tải của phân xưởng thứ i. Để tiện cho việc ._.tính toán, ta lập bảng 3.1 ghi toạ độ tâm phụ tải của các phân xưởng, từ đó xác định tâm phụ tải của nhà máy. Bảng 3.1 - Bảng số liệu xác định tâm phụ tải của nhà máy: KÝ HIỆU PHÂN XƯỞNG Stt xi yi Stt.xi Stt.yi x0 y0 1 166,0 38,0 17,0 6308,0 2822,0 2 384,1 81,0 17,5 31112,1 6721,8 3 637,2 97,5 17,5 62127,0 11151,0 4 639,9 110,0 17,5 70389,0 11198,3 5 79,3 110,0 30,5 8723,0 2418,7 6 413,6 86,5 55,8 35776,4 23078,9 7 601,9 54,0 55,7 32502,6 33525,8 8 158,8 17,5 59,0 2779,0 9369,2 Tổng 3080,8 249717,1 100285,6 81,1 32,6 Từ bảng này thay vào công thức trên ta tính được toạ độ tâm phụ tải của nhà máy là M(81,1; 32,6). Chiếu lên mặt bằng ta thấy đây là khoảng trống, thuận lợi cho việc xây dựng trạm phân phối trung tâm, hoặc trạm biến áp trung gian của nhà máy. Lập biểu đồ phụ tải của nhà máy Biểu đồ phụ tải điện là một vòng tròn vẽ trên mặt phẳng, có tâm trùng với tâm của phụ tải điện, có diện tích tương ứng với công suất của phụ tải theo tỉ lệ xích nào đó tuỳ chọn. Biểu đồ phụ tải cho phép người thiết kế hình dung được sự phân bố phụ tải trong phạm vi khu vực cần thiết kế, từ đó có cơ sở để lập các phương án cung cấp điện. Biểu đồ phụ tải được chia thành hai phần: phần phụ tải động lực (phần hình quạt gạch chéo) và phần phụ tải chiếu sáng (phần hình quạt để trắng). Để vẽ được biểu đồ phụ tải cho các phân xưởng, ta coi phụ tải của các phân xưởng phân bố đều theo diện tích phân xưởng nên tâm phụ tải có thể lấy trùng với tâm hình học của phân xưởng trên mặt bằng. Bán kính vòng tròn biểu đồ phụ tải của phụ tải thứ i được xác định qua biểu thức: Ri = trong đó: m - tỉ lệ xích, ở đây chọn m = 6 kVA/mm2 ; Stti - phụ tải tính toán của phân xưởng thứ i, kVA. Góc của phụ tải chiếu sáng nằm trong biểu đồ được xác định theo công thức sau: acs = Kết quả tính toán Ri và acsi của biểu đồ phụ tải các phân xưởng được ghi trong bảng 3.2. Bảng 3.2 - Kết quả xác định Ri và acs cho các phân xưởng: TT TÊN PHÂN XƯỞNG Pcs (kW) Ptt (kW) Stt (kVA) R (mm) aCS 0 1 Kho củ cải đường 21,4 126,4 166 2,97 60,95 2 Px thái và nấu củ cải đường 14,6 294,6 384,1 4,51 17,84 3 Bộ phận cô đặc 9,4 394,4 637,2 5,81 8,58 4 Phân xưởng tinh chế 9,375 459,4 639,9 5,83 7,35 5 Kho thành phẩm 10 70 79,3 2,05 51,43 6 Px sửa chữa cơ khí 9,84 315,2 413,6 4,68 11,24 7 Trạm bơm 3,25 453,3 601,9 5,65 2,58 8 Kho than 12,2 117,2 158,8 2,90 37,47 Biểu đồ phụ tải của nhà máy được trình bày trên hình 3.1. Chọn các phương án cung cấp điện cho nhà máy Phương án cung cấp điện cho các trạm biến áp phân xưởng Có 3 phương án cung cấp điện cho các trạm biến áp phân xưởng: Phương án sử dụng sơ đồ dẫn sâu Đưa đưòng dây trung áp từ trạm biến áp khu vực vào sâu trong nhà máy đến tận các trạm biến áp phân xưỏng. Nhờ vậy sẽ giảm được vốn đầu tư xây dựng trạm biến áp trung gian hoặc trạm phân phối trung tâm, sơ đồ nối dây đơn giản, giảm được tổn thất và nâng cao năng lực truyền tải của mạng. Tuy nhiên nhược điểm của sơ đồ này là độ tin cậy cung cấp điện không cao, các thiết bị sử dụng trong sơ đồ giá thành đắt và yêu cầu trình độ vận hành cao. Nó chỉ phù hợp với các nhà máy có phụ tải lớn và tập trung nên ở đây ta không xét đến phương án này. Phương án sử dụng trạm biến áp trung gian (TBATG) Nguồn từ hệ thống về qua TBATG được hạ xuống một cấp điện áp để cung cấp cho các trạm biến áp phân xưởng. Nhờ vậy sẽ giảm được vốn đầu tư cho mạng điện cao áp trong nhà máy cũng như các TBA phân xưởng, vận hành thuận lợi hơn và độ tin cậy cung cấp điện cũng được cải thiện. Tuy nhiên ở đây nhà máy đường được cung cấp điện từ TBA khu vực có cấp điện áp 10 kV nên việc hạ tiếp một cấp điện áp là không thật cần thiết. Phưong án sử dụng trạm phân phối trung tâm (TPPTT) Nguồn từ hệ thống cung cấp điện cho các TBA phân xưởng thông qua TPPTT. Nhờ vậy việc quản lý, vận hành mạng điện cao áp của nhà máy sẽ thuận lợi hơn, tổn thất trong mạng giảm, độ tin cậy cung cấp điện được gia tăng. Trong thực tế đây là phương án thường được sử dụng khi điện áp nguồn không cao, nhỏ hơn 22 kV, công suất các phân xưởng tương đối lớn. Vậy ta sẽ xây dựng một trạm phân phối trung tâm tại tâm phụ tải của nhà máy có toạ độ M(81,1; 32,6). Phương án về các trạm biến áp phân xưởng Các TBA được lựa chọn theo các nguyên tắc sau: Vị trí đặt TBA phải thoả mãn các yêu cầu: gần tâm phụ tải, thuận tiện cho việc vận chuyển, lắp đặt, vận hành, sửa chữa máy biến áp, an toàn và kinh tế. Số lượng máy biến áp (MBA) đặt trong các TBA được lựa chọn căn cứ vào yêu cầu cung cấp điện của phụ tải; điều kiện vận chuyển và lắp đặt; chế độ làm việc của phụ tải. Trong mọi trường hợp TBA chỉ đặt 1 MBA sẽ là kinh tế và thuận lợi cho việc vận hành song độ tin cậy cung cấp điện không cao. Các TBA cung cấp cho hộ loại I và loại II nên đặt 2 MBA, hộ loại III có thể chỉ đặt 1 MBA. Dung lượng của MBA trong nhà máy nên đồng nhất (ít chủng loại) để giảm số lượng và dung lượng MBA dự phòng trong kho. Dung lượng các MBA được chọn theo điều kiện: n. khc. SđmB ≥ Stt và kiểm tra theo điều kiện sự cố một MBA ( trong trạm có nhiều hơn một MBA): (n-1). khc. kqt . SđmB ≥ Sttsc trong đó: n - số máy biến áp có trong TBA. ; khc - hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường, ta chọn loại máy biến áp chế tạo ở Việt Nam nên không cần hiệu chỉnh theo nhiệt độ, khc = 1 ; kqt - hệ số quá tải sự cố kqt = 1,4 nếu thoả mãn điều kiện phụ tải MBA trước sự cố không vượt quá 0,93 Sđm , MBA vận hành quá tải không quá 5 ngày đêm, thời gian quá tải trong một ngày đêm không vượt quá 6h ; Sttsc - công suất tính toán sự cố. Khi sự cố một MBA có thể loại bỏ một số phụ tải không quan trọng để giảm nhẹ dung lượng của các MBA, nhờ vậy có thể giảm nhẹ được vốn đầu tư và tổn thất của trạm trong trạng thái làm việc bình thường. Giả thiết trong các hộ loại I có 30% là phụ tải loại III nên Sttsc = 0,7Stt. Phương án 1: đặt 5 trạm biến áp phân xưởng, trong đó: Trạm biến áp B1: cấp điện cho kho củ cải đường, phân xưởng thái và nấu củ cải đường, trạm đặt hai MBA làm việc song song: n. khc. SđmB ≥ Stt = 166 + 384,1 = 550,1 (kVA) SđmB ≥ = = 275,05 (kVA) Chọn MBA tiêu chuẩn Sđm = 315 (kVA). Kiểm tra lại dung lượng MBA đã chọn theo điều kiện quá tải sự cố: Sttsc lúc này chính là công suất tính toán của phân xưởng thái và nấu củ cải đường sau khi cắt bớt một số phụ tải không quan trọng trong phân xưởng, còn kho củ cải đường là phụ tải loại III nên khi sự cố có thể tạm ngừng cung cấp điện. (n-1). khc. kqt . SđmB ≥ Sttsc = 0,7.Stt SđmB ≥ = = 192 (kVA) Vậy trạm biến áp B1 đặt hai máy Sđm = 315 kVA là hợp lý. Trạm biến áp B2: cấp điện cho bộ phận cô đặc, trạm đặt hai MBA làm việc song song: Tương tự như trên ta có điều kiện chọn MBA: SđmB ≥ = = 318,6 (kVA) Chọn MBA tiêu chuẩn Sđm = 400 kVA. Trạm biến áp B3: cấp điện cho phân xưởng tinh chế, trạm đặt hai MBA làm việc song song: SđmB ≥ = = 320 (kVA) Chọn MBA tiêu chuẩn Sđm = 400 kVA. Trạm biến áp B4: cấp điện cho kho thành phẩm và phân xưởng sửa chữa cơ khí, vì cả hai đều là phụ tải loại III nên chỉ cần đặt một MBA trong trạm: SđmB ≥ Stt = 79,3 + 413,6 = 492,9 (kVA) Chọn MBA tiêu chuẩn Sđm = 500 kVA. Trạm biến áp B5: cấp điện cho trạm bơm và kho than, trạm đặt hai MBA làm việc song song, (kho than là hộ phụ tải loại III): SđmB ≥ = = 380,35 (kVA) SđmB ≥ = = 300,95 (kVA) Chọn MBA tiêu chuẩn Sđm = 400 kVA. Kết quả chọn MBA được ghi trong bảng 3.3. Các phương án khác cũng được tính toán tương tự. Bảng 3.3 - Kết quả chọn MBA cho các TBA phân xưởng của phương án 1: TÊN TRẠM TÊN PHÂN XƯỞNG Stt (kVA) SỐ LƯỢNG MBA SđmB (kVA) B1 Kho củ cải đường 550,1 2 315 Phân xưởng thái và nấu củ cải đường B2 Bộ phận cô đặc 637,2 2 400 B3 Phân xưởng tinh chế 639,9 2 400 B4 Kho thành phẩm 492,9 1 500 Phân xưởng sửa chữa cơ khí B5 Trạm bơm 760,7 2 400 Kho than Bảng 3.4 - Kết quả chọn MBA cho các TBA phân xưởng của phương án 2: TÊN TRẠM TÊN PHÂN XƯỞNG Stt (kVA) SỐ LƯỢNG MBA SđmB (kVA) B1 Kho củ cải đường 550,1 2 315 Phân xưởng thái và nấu củ cải đường B2 Bộ phận cô đặc 637,2 2 400 B3 Phân xưởng tinh chế 719,2 2 400 Kho thành phẩm B4 Phân xưởng sửa chữa cơ khí 413,6 1 500 B5 Trạm bơm 760,7 2 400 Kho than TÊN TRẠM TÊN PHÂN XƯỞNG Stt (kVA) SỐ LƯỢNG MBA SđmB (kVA) B1 Kho củ cải đường 1187,3 2 630 Phân xưởng thái và nấu củ cải đường Bộ phận cô đặc B2 Phân xưởng tinh chế 719,2 2 400 Kho thành phẩm B3 Phân xưởng sửa chữa cơ khí 1174,3 2 630 Trạm bơm Kho than Bảng 3.5 - Kết quả chọn MBA cho các TBA phân xưởng của phương án 3: Bảng 3.6 - Kết quả chọn MBA cho các TBA phân xưởng của phương án 4: TÊN TRẠM TÊN PHÂN XƯỞNG Stt (kVA) SỐ LƯỢNG MBA SđmB (kVA) B1 Kho củ cải đường 926,7 2 500 Trạm bơm Kho than B2 Phân xưởng thái và nấu củ cải đường 1021,3 2 630 Bộ phận cô đặc B3 Phân xưởng tinh chế 1132,8 2 630 Kho thành phẩm Phân xưởng sửa chữa cơ khí Xác định vị trí đặt các trạm biến áp phân xưởng Vị trí của TBA phân xưởng có thể ở bên ngoài, liền kề hoặc bên trong phân xưởng: Trạm xây dựng bên ngoài còn gọi là trạm độc lập được dùng khi trạm cung cấp cho nhiều phân xưởng, hoặc khi cần tránh các nơi bụi bặm, có khí ăn mòn hoặc rung động. Các TBA dùng chung cho nhiều phân xưởng nên đặt gần tâm phụ tải, nhờ vậy có thể đưa điện áp cao tới gần hộ tiêu thụ điện và rút ngắn khá nhiều chiều dài mạng phân phối cao áp của xí nghiệp cũng như mạng hạ áp phân xưởng, giảm chi phí kim loại làm dây dẫn và giảm tổn thất. Cũng vì vậy nên dùng trạm độc lập, tuy nhiên vốn đầu tư xây dựng trạm sẽ bị gia tăng. Trạm xây dựng liền kề được dùng phổ biến hơn cả vì tiết kiệm về xây dựng và ít ảnh hưởng tới các công trình khác. Các TBA cung cấp điện cho một phân xưởng có thể dùng loại liền kề, có một tường của trạm chung với tường của phân xưởng. Trạm xây dựng bên trong được dùng khi phân xưởng rộng có phụ tải lớn. Khi sử dụng loại trạm này cần đảm bảo tốt điều kiện phòng nổ, phòng cháy cho trạm. Tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể có thể lựa chọn một trong các loại TBA đã nêu. Để đảm bảo an toàn cho người cũng như thiết bị, đảm bảo mỹ quan công nghiệp ở đây sẽ sử dụng loại trạm xây, đặt gần tâm phụ tải, gần các trục giao thông trong nhà máy, song cũng cần tính đến khả năng phát triển và mở rộng sản xuất. Để lựa chọn được vị trí đặt các TBA phân xưởng cần xác định tâm phụ tải của các phân xưởng hoặc nhóm phân xưởng được cung cấp điện từ các TBA đó. Xác định vị trí đặt TBA B1 cung cấp điện cho kho củ cải đường, phân xưởng thái và nấu củ cải đường (phương án 1). x01 = = = 68 y01 = = = 17,3 Căn cứ vào vị trí của các nhà xưởng ta đặt TBA B1 tại vị trí M1(72;22,5). Đối với các TBA phân xưởng khác, tính toán tương tự ta xác định được vị trí đặt phù hợp trong phạm vi nhà máy. Vị trí đặt các TBA phân xưởng được ghi trong bảng 3.8. Bảng 3.8 - Kết quả xác định vị trí đặt các TBA phân xưởng: PHƯƠNG ÁN TÊN TRẠM VỊ TRÍ ĐẶT x0i y0i Phương án 1 B1 B2 B3 B4 B5 72 90 105 85,5 50 22,5 22,5 22,5 52,2 52,4 Phương án 2 B1 B2 B3 B4 B5 72 90 105 85,5 50 22,5 22,5 22,5 52,2 52,4 Phương án 4 B1 B2 B3 83,8 105 58 22,4 22,5 52,4 Phương án 5 B1 B2 B3 50 90 105 52,4 22,5 32.4 Các phương án nối dây của mạng cao áp Đường dây từ trạm biến áp khu vực về trạm phân phối trung tâm của nhà máy sẽ dùng đường dây trên không lộ kép. Do tính chất quan trọng của các phân xưởng nên ở mạng cao áp trong nhà máy, ta sử dụng sơ đồ hình tia, lộ kép. Sơ đồ này có ưu điểm là sơ đồ nối dây rõ ràng, các trạm biến áp phân xưởng đều được cấp điện từ một đường dây riêng nên ít ảnh hưởng lẫn nhau, độ tin cậy cung cấp điện tương đối cao, dễ thực hiện các biện pháp bảo vệ, tự động hoá và dễ vận hành. Để đảm bảo mỹ quan và an toàn, các đường cáp cao áp trong nhà máy đều được đặt trong hào cáp xây dọc theo các tuyến giao thông nội bộ. Từ tất cả những phân tích trên, các phương án nối dây được thể hiện trên hình vẽ 3.2, 3.3, 3.4, 3.5. So sánh sơ bộ giữa các phương án Ta dùng phương pháp mômen phụ tải để so sánh sơ bộ giữa các phương án để chọn ra 2 phương án tốt nhất và đem so sánh kinh tế. Mômen phụ tải của đường dây được tính như sau: M = P. L (kW. km) trong đó: P - công suất tác dụng truyền tải trên đường dây, kW; L - chiều dài của đường dây, km. Vì các phương án đều có đường dây từ TBA khu vực tới trạm phân phối trung tâm giống nhau nên ta chỉ cần so sánh phần khác nhau của các phương án. Tính mômen phụ tải của phương án 1: Må == 421.0,03+394,4.0,037+459,4.0,068+385,2.0,035+570,5.0,105 Må == 131,85 (kW.km) Các phương án còn lại tính tương tự, kết quả cho dưới bảng 3.9. Bảng 3.9 - Kết quả tính mômen phụ tải của các phương án: ĐƯỜNG CÁP PHƯƠNG ÁN 1 PHƯƠNG ÁN 2 PHƯƠNG ÁN 3 PHƯƠNG ÁN 4 TPPTT-B1 P (kW) 421 421 815,4 696,9 L (km) 0,03 0,03 0,012 0,035 TPPTT-B2 P (kW) 394,4 394,4 529,4 689 L (km) 0,037 0,037 0,063 0,047 TPPTT-B3 P (kW) 459,4 529,4 885,7 844,6 L (km) 0,068 0,064 0,094 0,103 TPPTT-B4 P (kW) 385,2 315,2 L (km) 0,035 0,035 TPPTT-B5 P (kW) 570,5 570,5 L (km) 0,105 0,105 Må (kW.km) 131,85 132,04 126,39 143,77 Từ bảng kết quả ta thấy, phương án 1 và 3 có trị số mômen phụ tải nhỏ nhất, tức là vốn đầu tư vào kim loại màu cho hai phương án này là thấp nhất. Vậy ta giữ lại phương án 1 và 3 để so sánh các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật, từ đó chọn ra phương án tốt nhất cho nhà máy. TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN HỢP LÝ Để so sánh và lựa chọn phương án hợp lý ta sử dụng hàm chi phí tính toán Z và chỉ xét đến những phần khác nhau trong 2 phương án để giảm khối lượng tính toán. Z = (avh + atc).K + DA.C ® min trong đó: atc - hệ số thu hồi vốn tiêu chuẩn, atc = 0,2 ; avh - hệ số khấu hao do vận hành, avh = 0,1 ; K - vốn đầu tư cho trạm biến áp và đường dây ; DA - tổng tổn thất điện năng trong mạng cao áp của nhà máy ; C - giá tiền 1 kWh tổn thất điện năng, C = 1000 đồng/kWh. Phương án 1 Chọn máy biến áp phân xưởng và xác định tổn thất điện năng DA trong các trạm biến áp Chọn MBA phân xưởng: Trên cơ sơ đã chọn được công suất các MBA ở phần trên (3.1.3) ta có bảng kết quả chọn MBA cho các TBA phân xưởng do ABB chế tạo: Bảng 3.10 - Kết quả lựa chọn MBA trong các TBA của phương án 1: TÊN TBA Sđm (kVA) UC/UH (kV) DP0 (kW) DPN (kW) UN (%) SỐ MÁY ĐƠN GIÁ (106 VNĐ) THÀNH TIỀN (106 VNĐ) B1 315 10/0,4 0,72 4,85 4,5 2 30 60 B2 400 10/0,4 0,84 5,75 4,5 2 40 80 B3 400 10/0,4 0,84 5,75 4,5 2 40 80 B4 500 10/0,4 1,00 7,00 4,5 1 50 50 B5 400 10/0,4 0,84 5750 4,5 2 40 80 Tổng vốn đầu tư cho TBA: KB = 350.106 (VNĐ) Xác định tổn thất điện năng DA trong các TBA: Tổn thất điện năng DA trong các trạm biến áp được tính theo công thức: DA = n.DP0.t + DPN..t (kWh) trong đó: n - số MBA ghép song song; t - thời gian MBA vận hành, với MBA vận hành suốt một năm t =8760 h; t - thời gian tổn thất công suất lớn nhất. Tra bảng 4.1 (trang 49, TL1) với Tmax = 5000 h và cosjnm = 0,73 tìm được t = 3900 h ; DP0 - tổn thất công suất không tải của máy biến áp, kW; DPN - tổn thất công suất ngắn mạch của máy biến áp, kW; Stt - công suất tính toán của TBA, kVA; SđmB - công suất định mức của MBA, kVA . Tính cho trạm biến áp phân xưởng B1: Stt = 550,1 (kVA) SđmB = 315 (kVA) DPN = 4,85 (kW) DP0 = 0,72 (kW) Ta có : DA = n.DP0.t + DPN..t (kWh) = 2. 0,72.8760 + .4,85..3900 = 41457,27 (kWh) Các TBA khác cũng tính tương tự, kết quả cho trong bảng 3.11. Bảng 3.11 - Kết quả tính tổn thất diện năng trong các TBA của phương án 1. TÊN TBA  Sđm (kVA) UC/UH (kV) DP0 (kW) DPN (kW) UN (%) SỐ MÁY Stt (kVA) DA (kWh) B1 315 10/0,4 0,72 4,85 4,5 2 550,1 41457,27 B2 400 10/0,4 0,84 5,75 4,5 2 637,2 43170,19 B3 400 10/0,4 0,84 5,75 4,5 2 639,9 43411,83 B4 500 10/0,4 1 7,00 4,5 1 492,9 35290,18 B5 400 10/0,4 0,84 5,75 4,5 2 760,7 55268,52 Tổng tổn thất điện năng trong các TBA: DAB = 218598 (kWh) Chọn dây dẫn và xác định tổn thất công suất, tổn thất điện năng trong mạng điện Chọn cáp cao áp từ TPPTT về các TBA phân xưởng: Cáp cao áp được chọn theo mật độ kinh tế của dòng điện jkt. Nhà máy làm việc 3 ca, thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax = 5000 h, sử dụng cáp lõi đồng, tra bảng 5 (trang 294, TL1) tìm được jkt = 3,1 A/mm2 . Dòng điện làm việc lớn nhất: Ilvmax = (A) Tiết diện kinh tế của cáp: Fkt = (mm2) trong đó: n - số lộ cáp. Dựa vào trị số Fkt tính ra được, tra bảng lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất. Sau đó kiểm tra tiết diện cáp đã chọn theo điều kiện phát nóng: k1. k2. Icp ≥ Isc trong đó: Icp - dòng điện lâu dài cho phép của cáp ; Isc - dòng điện khi xảy ra sự cố đứt 1 cáp, Isc = 2. Ilvmax; k1 - hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ, lấy k1 = 1; k2 - hệ số hiệu chỉnh theo số dây cáp đặt trong một rãnh. Vì chiều dài cáp từ TPPTT đến các TBA phân xưởng ngắn nên tổn thất điện áp nhỏ, ta có thể bỏ qua không cần kiểm tra lại theo điều kiện DUcp. - Chọn cáp từ TPPTT đến B1: Cáp từ TPPTT đến B1 là cáp lộ kép nên: Ilvmax = = = 15,9 (A) Tiết diện kinh tế của cáp: Fkt = = = 5,1 (mm2) Tra bảng PL 4.32 (TL1) lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp gần nhất F = 16 mm2, cáp đồng 3 lõi 10 kV, cách điện XPLE, đai thép, vỏ PVC do hãng FURUKAWA (Nhật) chế tạo có I cp = 110 A . Vì tiết diện của cáp đã chọn vượt cấp nên không cần kiểm tra theo Icp. - Chọn cáp từ TPPTT đến B2: Cáp từ TPPTT đến B2 là cáp lộ kép nên: Ilvmax = = = 18,4 (A) Tiết diện kinh tế của cáp: Fkt = = = 5,9 (mm2) Tra bảng PL 4.32 (TL1) lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp gần nhất F = 16 mm2, cáp đồng 3 lõi 10 kV, cách điện XPLE, đai thép, vỏ PVC do hãng FURUKAWA (Nhật) chế tạo có I cp = 110 A . - Chọn cáp từ TPPTT đến B3: Cáp từ TPPTT đến B3 là cáp lộ kép nên: Ilvmax = = = 18,5 (A) Tiết diện kinh tế của cáp: Fkt = = = 6 (mm2) Tra bảng PL 4.32 (TL1) lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp gần nhất F = 16 mm2, cáp đồng 3 lõi 10 kV, cách điện XPLE, đai thép, vỏ PVC do hãng FURUKAWA (Nhật) chế tạo có I cp = 110 A . - Chọn cáp từ TPPTT đến B4: Cáp từ TPPTT đến B4 là cáp lộ đơn nên: Ilvmax = = = 28,5 (A) Tiết diện kinh tế của cáp: Fkt = = = 9,2 (mm2) Tra bảng PL 4.32 (TL1) lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp gần nhất F = 16 mm2, cáp đồng 3 lõi 10 kV, cách điện XPLE, đai thép, vỏ PVC do hãng FURUKAWA (Nhật) chế tạo có I cp = 110 A . - Chọn cáp từ TPPTT đến B5: Cáp từ TPPTT đến B5 là cáp lộ kép nên: Ilvmax = = = 22 (A) Tiết diện kinh tế của cáp: Fkt = = = 7 (mm2) Tra bảng PL 4.32 (TL1) lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp gần nhất F = 16 mm2, cáp đồng 3 lõi 10 kV, cách điện XPLE, đai thép, vỏ PVC do hãng FURUKAWA (Nhật) chế tạo có I cp = 110 A . Chọn cáp hạ áp từ TBA phân xưởng đến các phân xưởng: Ta chỉ xét đến các đoạn hạ áp khác nhau giữa các phương án, các đoạn giống nhau bỏ qua không xét tới trong quá trình so sánh kinh tế giữa các phương án. Cụ thể đối với phương án 1 ta cần phải chọn cáp hạ áp từ TBA B1 đến kho củ cải đường, từ TBA B4 đến kho thành phẩm. 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 tổn thất điện áp DUcp. - Chọn cáp từ TBA B1 đến kho củ cải đường: Kho củ cải đường được xếp vào hộ loại III nên dùng cáp lộ đơn để cung cấp điện: Ilvmax = = = 252,2 (A) Chỉ có 1 cáp đi trong rãnh nên k2 = 1. Điều kiện chọn cáp Icp ≥ Imax. Chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi cách điện PVC do hãng LENS chế tạo tiết diện (3´95 + 50) mm2 với Icp = 298 A . - Chọn cáp từ TBA B4 đến kho thành phẩm: Kho thành phẩm được xếp vào hộ loại III nên dùng cáp lộ đơn để cung cấp điện: Ilvmax = = = 120,5 (A) Chỉ có 1 cáp đi trong rãnh nên k2 = 1. Điều kiện chọn cáp Icp ≥ Imax. Chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi cách điện PVC do hãng LENS chế tạo tiết diện (3´35 + 25) mm2 với Icp = 158 A . Kết quả chọn cáp của phương án 1 được ghi trong bảng 3.12. Bảng 3.12 - Kết quả chọn cáp của phương án 1: ĐƯỜNG CÁP F (mm2) L (m) R0 (W/km) R (W) ĐƠN GIÁ (103 VNĐ/m) THÀNH TIỀN (106 VNĐ) TPPTT-B1 2(3´16) 30 1,47 0,022 48 2,880 TPPTT-B2 2(3´16) 37 1,47 0,027 48 3,552 TPPTT-B3 2(3´16) 68 1,47 0,05 48 6,528 TPPTT-B4 3´16 35 1,47 0,051 48 1,680 TPPTT-B5 2(3´16) 105 1,47 0,077 48 10,080 B1 - 1 3´95+50 43 0,193 0,008 180 7,794 B4 - 5 3´35+25 77 0,524 0,04 70 5,397 Tổng vốn dầu tư cho đườn dây: KD = 39,591.106 (VNĐ) Xác định tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây: Tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây được tính theo công thức: DP = .R.10-3 (kW) trong đó: R = (W) ; n - số đường dây đi song song. Tổn thất DP trên đoạn cáp TPPTT - B1: DP = .R.10-3 = = 0,067 (kW) Các đường dây khác cũng được tính tương tự, kết quả cho trong bảng 3.13. Bảng 3.13 - Tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây của phương án 1: ĐƯỜNG CÁP F (mm2) L (m) R0 (W/km) R (W) Stt (kVA) DP (kW) TPPTT - B1 2(3´16) 30 1,47 0,022 550,1 0,067 TPPTT - B2 2(3´16) 37 1,47 0,027 637,2 0,110 TPPTT - B3 2(3´16) 68 1,47 0,05 639,9 0,205 TPPTT - B4 3´16 35 1,47 0,051 492,9 0,124 TPPTT - B5 2(3´16) 105 1,47 0,077 760,7 0,446 B1 - 1 3´95+50 43 0,193 0,008 166,0 1,527 B4 - 5 3´35+25 77 0,524 0,04 79,3 1,742 Tổng tổn thất công suất tác dụng trên dây dẫn:åDPD = 4,219 (kW) Xác định tổn thất điện năng trên các đường dây: Tổn thất điện năng trên các đường dây được tính theo công thức: DAD = åDPD.t = 4,219. 3900 = 16454 (kWh) Chi phí tính toán của phương án 1 Khi tính toán vốn đầu tư xây dựng mạng điện ở đây chỉ đến giá thành các loại cáp và MBA khác nhau giữa các phương án (K = KB + KD), những phần giống nhau đã được bỏ qua không xét tới. Tổn thất điện năng trong các phương án bao gồm tổng tổn thất điện năng trong các TBA và đường dây: DA = DAB + DAD Vốn đầu tư: K = KB + KD = 350.106 +39,591.106 = 389,591.106 (VNĐ) Tổng tổn thất điện năng trong các TBA và đường dây: DA = DAB + DAD = 218598+ 16454= 235052 (kWh) Chi phí tính toán: Z = (avh + atc).K + DA.C = (0,1+0,2). 389,591.106 +235052.1000 = 352.106 (VNĐ) Phương án 3 Chọn máy biến áp phân xưởng và xác định tổn thất điện năng DA trong các trạm biến áp Chọn MBA phân xưởng: Trên cơ sở đã chọn được công suất các MBA ở phần trên (3.1.3) ta có bảng kết quả chọn MBA cho các TBA phân xưởng do ABB chế tạo: Bảng 3.14 - Kết quả lựa chọn MBA trong các TBA của phương án 3: TÊN TBA Sđm (kVA) UC/UH (kV) DP0 (kW) DPN (kW) UN (%) SỐ MÁY ĐƠN GIÁ (106 VNĐ) THÀNH TIỀN (106 VNĐ) B1 630 10/0,4 1,2 8,2 4,5 2 65 130 B2 400 10/0,4 0,84 5,75 4,5 2 40 80 B3 630 10/0,4 1,2 8,2 4,5 2 75 150 Tổng vốn đầu tư cho TBA: KB = 360.106 (VNĐ) Xác định tổn thất điện năng DA trong các TBA: Tương tự như trên ta có: Bảng 3.15 - Kết quả tính tổn thất diện năng trong các TBA của phương án 3: TÊN TBA Sđm (kVA) UC/UH (kV) DP0 (kW) DPN (kW) UN (%) SỐ MÁY Stt (kVA) DA (kWh) B1 630 10/0,4 1,2 8,2 4,5 2 1187,3 33215,3179 B2 400 10/0,4 0,84 5,75 4,5 2 719,2 43170,1894 B3 630 10/0,4 1,2 8,2 4,5 2 1174,3 37520,4914 Tổng tổn thất điện năng trong các TBA: DAB = 113906 (kWh) Chọn dây dẫn và xác định tổn thất công suất, tổn thất điện năng trong mạng điện Chọn cáp cao áp từ TPPTT về các TBA phân xưởng: - Chọn cáp từ TPPTT đến B1: Cáp cao áp được chọn theo mật độ kinh tế của dòng điện jkt. Nhà máy làm việc 3 ca, thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax = 5000 h, sử dụng cáp lõi đồng tra bảng tìm được jkt = 3,1 A/mm2 . Cáp từ TPPTT đến B1 là cáp lộ kép nên: Ilvmax = = = 34,3 (A) Tiết diện kinh tế của cáp: Fkt = = = 11 (mm2) Tra bảng PL 4.32 (TL1) lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp gần nhất F = 16 mm2, cáp đồng 3 lõi 10 kV, cách điện XPLE, đai thép, vỏ PVC do hãng FURUKAWA (Nhật) chế tạo có I cp = 110 A . Kiểm tra cáp đã chọn theo điều kiện phát nóng: k1.k2.Icp ≥ Isc , với k1 = 1, k2=0,93 ( hai cáp đặt chung một rãnh). k1.k2.Icp = 0,93. 110 = 102,3 (A) ≥ Isc = 2. Ilvmax = 68,6 (A) Chọn cáp từ TPPTT đến B2: Cáp từ TPPTT đến B2 là cáp lộ kép nên: Ilvmax = = = 20,7 (A) Tiết diện kinh tế của cáp: Fkt = = = 6,7 (mm2) Tra bảng PL 4.32 (TL1) lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp gần nhất F = 16 mm2, cáp đồng 3 lõi 10 kV, cách điện XPLE, đai thép, vỏ PVC do hãng FURUKAWA (Nhật) chế tạo có I cp = 110 A . - Chọn cáp từ TPPTT đến B3: Cáp từ TPPTT đến B3 là cáp lộ kép nên: Ilvmax = = = 33,9 (A) Tiết diện kinh tế của cáp: Fkt = = = 10,9 (mm2) Tra bảng PL 4.32 (TL1) lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp gần nhất F = 16 mm2, cáp đồng 3 lõi 10 kV, cách điện XPLE, đai thép, vỏ PVC do hãng FURUKAWA (Nhật) chế tạo có I cp = 110 A . Chọn cáp hạ áp từ TBA phân xưởng đến các phân xưởng: Ta chỉ xét đến các đoạn hạ áp khác nhau giữa các phương án, các đoạn giống nhau bỏ qua không xét tới trong quá trình so sánh kinh tế giữa các phương án. Cụ thể đối với phương án 3 ta chỉ cần chọn cáp từ TBA B3 đến phân xưởng sửa chữa cơ khí, đoạn cáp từ TBA B1 đến bộ phận cô đặc, đoạn cáp từ TBA B1 đến kho củ cải đường. Chọn 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 DUcp. - Chọn cáp từ TBA B3 đến phân xưởng sửa chữa cơ khí: Cáp từ TBA B3 đến phân xưởng sửa chữa cơ khí là cáp lộ đơn nên: Ilvmax = = = 628,4 (A) Ta sử dụng mỗi pha 1 cáp đồng hạ áp 1 lõi tiết diện F = 300 mm2 với Icp = 693 A và 1 cáp đồng hạ áp 1 lõi tiết diện F = 300 mm2 làm dây trung tính do hãng LENS chế tạo. - Chọn cáp từ TBA B1 đến bộ phận cô đặc: Cáp từ TBA B1 đến bộ phận cô đặc là cáp lộ kép nên: Ilvmax = = = 484 (A) k2.Icp ≥ Isc = 2.484 = 968 (A) Do dòng Isc quá lớn, ta sử dụng mỗi pha 2 cáp đồng hạ áp 1 lõi tiết diện F = 240 mm2 với Icp = 599 A và 1 cáp đồng hạ áp 1 lõi tiết diện F = 240 mm2 làm dây trung tính do hãng LENS chế tạo. Trong trường hợp này, hệ số hiệu chỉnh k2 = 0,83 do có 14 sợi cáp đặt chung trong một hào cáp. - Chọn cáp từ TBA B1 đến kho củ cải đường: Cáp từ TBA B1 đến kho củ cải đường là cáp lộ đơn nên: Ilvmax = = = 252,2 (A) Chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi cách điện PVC do hãng LENS chế tạo tiết diện (3´95 + 50) mm2 với Icp = 298 A . Kết quả chọn cáp của phương án 3 được ghi trong bảng 3.16. Bảng 3.16 - Kết quả chọn cáp của phương án 3: ĐƯỜNG CÁP F (mm2) L (m) R0 (W/km) R (W) ĐƠN GIÁ (103 VNĐ/m) THÀNH TIỀN (106 VNĐ) TPPTT-B1 2(3´16) 14 1,47 0,0103 48 1,344 TPPTT-B2 2(3´16) 63 1,47 0,0463 48 6,048 TPPTT-B3 2(3´16) 105 1,47 0,0772 48 10,080 B3 - 6 3´300+300 49 0,0601 0,003 360 17,640 B1 - 3 2(6´240+240) 14 0,0377 0,0003 600 16,800 B1 - 1 3´95+50 68 0,193 0,0131 180 12,240 Tổng vốn đầu tư cho đường dây: KD = 76,392.106 (VNĐ) Xác định tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây: Tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây được tính theo công thức: DP = .R.10-3 (kW) trong đó: R = (W) ; n - số đường dây đi song song. Tổn thất DP trên đoạn cáp TPPTT - B1: DP = .R.10-3 = = 0,067 (kW) Các đường dây khác cũng được tính tương tự, kết quả cho trong bảng 3.13. Bảng 3.17 - Tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây của phương án 3: ĐƯỜNG CÁP F (mm2) L (m) R0 (W/km) R (W) Stt (kVA) DP (kW) TPPTT-B1 2(3´16) 14 1,47 0,0103 1187,3 0,145 TPPTT-B2 2(3´16) 63 1,47 0,0463 719,2 0,239 TPPTT-B3 2(3´16) 105 1,47 0,0772 1174,3 1,065 B3 - 6 3´300+300 49 0,0601 0,003 413,6 3,554 B1 - 3 2(3´240+95) 14 0,0377 0,0003 637,2 0,844 B1 - 1 3´95+50 68 0,193 0,0131 166 2,500 Tổng tổn thất công suất tác dụng trên dây dẫn:åDPD = 8,347 (kW) Xác định tổn thất điện năng trên các đường dây: Tổn thất điện năng trên các đường dây được tính theo công thức: DAD = åDPD.t = 8,347. 3900 = 32553 (kWh) Chi phí tính toán của phương án 3 Vốn đầu tư: K = KB + KD = 360.106 + 76,392.106 = 436,392.106 (VNĐ) Tổng tổn thất điện năng trong các TBA và đường dây: DA = DAB + DAD = 113906 + 32553= 146459 (kWh) Chi phí tính toán: Z = (avh + atc).K + DA.c = (0,1+0,2). 436,392.106 + 146459.1000 = 277,377. 106 (VNĐ) Bảng 3.18 - Tổng hợp chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của các phương án: PHƯƠNG ÁN VỐN ĐẦU TƯ (106 VNĐ) TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG (kWh) CHI PHÍ TÍNH TOÁN (106 VNĐ) Phương án 1 389,591 235052 352 Phương án 3 436,392 146459 277 Nhận xét: Từ những kết quả tính toán trên ta thấy phương án 3 có vốn đầu tư lớn hơn nhưng tổn thất điện năng và chi phí tính toán hàng năm đều nhỏ hơn so với phương án 2. Do vậy ta chọn phương án 3 làm phương án thiết kế. THIẾT KẾ CHI TIẾT CHO PHƯƠNG ÁN ĐƯỢC CHỌN Chọn dây dẫn từ TBA khu vực về TPPTT Đường dây cung cấp từ TBA khu vực về TPPTT của nhà máy dài 6 km, sử dụng đường dây trên không, lộ kép, dây nhôm lõi thép. Dây dẫn được chọn theo điều kiện mật độ dòng điện kinh tế jkt. Tra bảng 5 (trang 294, TL1), với dây dẫn AC, Tmax = 5000 h ta có jkt = 1,1 A/mm2 . Dòng điện tính toán chạy trên mỗi dây dẫn: Ittnm = = = 75,3 (A) Tiết diện kinh tế: Fkt = = = 68,4 (mm2) Chọn dây nhôm lõi thép tiết diện 70 mm2. Tra bảng PL 4.12 (TL1) dây dẫn AC-70 có Icp = 275 A . Kiểm tra lại theo điều kiện sự cố một dây: Isc = 2. Ittnm = 2.75,3 = 150,6 (A) Isc = 150,6 A < Icp = 275 A Dây dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện sự cố. Kiểm tra dây theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép: Với dây dẫn AC-70 có khoảng cách trung bình hình học Dtb = 2 m tra bảng ta có r0 = 0,46 W/km ; x0 = 0,382 W/km . DU === 467 (V) DU < DUcp = 5% . Uđm = 500 (V) Dây dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện tổn thất điện áp cho phép. Vậy ta chọn dây AC-70 dẫn điện từ TBA khu vực về TPPTT của nhà máy. Sơ đồ trạm phân phối trung tâm Trạm phân phối trung tâm là nơi trực tiếp nhận điện từ hệ thống về để cung cấp điện cho nhà máy, do đó việc lựa chọn sơ đồ nối dây của trạm có ảnh hưởng lớn và trực tiếp đến vấn đề an toàn cung cấp điện cho nhà máy. Sơ đồ cần phải thoả mãn các điều kiện cơ bản như: đảm bảo liên tục cung cấp điện theo yêu cầu của phụ tải, phải ._.