Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế hệ thống cung cấp
điện
Báo cáo tốt nghiệp
Thiết kế hệ thống cung cấp điện
1PHẦN I:
đặt(KW)
1 Đóng bao 3 5KW
2 Nghiền bột 16 12KW
3 Lò hơi 6 20KW
4 Quạt thông gió 4 2KW
Báo cáo tốt nghiệp
Thiết kế hệ thống cung cấp điện
2
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 hoặ
c 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 tả
i 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
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 chọ
n 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 P
đm
:
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:
P
đ
=
dc
dm
η
P
(2.1)
Trong đó:
P
ới động cơ: P
'
đm
= P
đm
. ε% (2.2)
+ Đối với máy biến áp hàn: P'
đm
= S
đm
.cos
ϕ
. ε% (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 P
tb
:
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:
p
tb
=
t
PΔ
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 P
max
:
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 t
ải đỉnh nhọn:
Báo cáo tốt nghiệp
Thiết kế hệ thống cung cấp điện
5
Phụ tải đỉnh nhọn (P
đnh
) là phụ tải cực đại xuất hiện trong khoảng
thời gian rất ngắn (1÷ 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 hưở
ng đến sự làm việc của các thiết
bị khác trong
cùng một mạng điện.
5. Phụ tải tính toán P
tt
p
(2.6)
+ Đối với nhóm thiết bị: k
sd
=
dm
tb
P
P
=
∑
∑
=
=
n
1i
dmi
n
1i
tbi
p
p
(2.7)
Nếu có đồ thị phụ tải thì hệ số sử dụng được toán như sau:
k
sd
=
)t t(tP
tP tPtP
n21dm
P
=
∑
∑
=
=
n
1i
dmi
n
1i
tbi
p
p
(2.9)
Nếu có đồ thị phụ tải thì hệ số sử dụng được tính như công thức (2.8)
sau:
k
pt
=
)t t(tP
tP tPtP
n21dm
nn2211
+++
+
++
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.
).
9. Hệ số nhu cầu k
nc
:
Hệ số nhu cầu là tỉ số giữa phụ tải tính toán và công suất định mức.
k
nc
=
dm
tt
P
P
=
tb
tt
P
P
.
dm
tb
P
P
= k
max
.k
sd
(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 n
⎜
⎝
⎛
(2.12)
Khi số thiết bị dùng điện trong nhóm lớn hơn 5 (n >5), thì tính n
hq
theo công thức trên khá phức tạp nên người ta tìm n
hq
theo bảng hoặc
đường cong.
Trình tự tính như sau:
Trước hết tính: n
*
=
n
n
1
; P
*
=
P
P
1
(2.13)
Trong đó:
n: Số thiết bị trong nhóm.
n
1
: Số thiết bị có công suất không nhỏ hơn một nữa công suất của
tạp. Vì vậy tuỳ theo giai đoạn thiế
t 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:
P
tt
=k
nc
.
∑
=
n
1i
di
P (2.13)
Báo cáo tốt nghiệp
Thiết kế hệ thống cung cấp điện
8
Q
tt
= P
tt
.tg
ϕ
(2.14)
p (2.16)
Trong đó:
P
đi
, P
đmi
: Công suất đặt, công suất định mức của thiết bị thứ i
(kW).
P
tt
, Q
tt
, S
tt
: 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.
k
nc
: Hệ số nhu cầu, tra ở sổ tay kỹ thuật.
tg
ϕ
: ứng với cos
ϕ
đặc trưng cho nhóm thiết bị, tra ở sổ tay kỹ thuật.
Nếu hệ số công suất cos
ϕ
của các thiết bị trong nhóm không giống
nhau thì phải tính hệ số công suất trung bình theo công thức sau:
n21
, 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:
P
tt
= p
0
.F (2.18)
Trong đó:
Báo cáo tốt nghiệp
Thiết kế hệ thống cung cấp điện
9
p
0
: Suất phụ tải trên 1m
2
đơn vị diện tích sản xuất (kW/m
2
).
F : Diện tích sản xuất (m
2
).
Giá trị p
0
được cho sẵn trong bảng, phụ thuộc vào tính chất của phụ
tải phân tích theo số liệu thống kê.
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:
P
tt
= k
max
.k
sd
.P
đm
(2.20)
Trong đó:
P
đm
: Công suất định mức (kW).
k
sd
: Hệ số sử dụng, tra trong sổ tay kỹ thuật.
k
max
: Hệ số cực đại, tra trong sổ tay kỹ thuật theo quan hệ:
k
max
= f(n
hq
, k
sd
).
P
dmmax
: Công suất định mức của thiết bị có công suất lớn nhất trong
nhóm.
P
dmmin
: Công suất định mức của thiết bị có công suất nhỏ nhất trong
nhóm.
+ Sau đó kiểm tra điều kiện:
a. Trường hợp :
3m
≤
và 0,4k
sd
≥ thì n
hq
= n.
Chú ý, nếu trong nhóm có n
1
thiết bị mà tổng công suất của chúng
không lớn hơn 5% tổng công suất của cả nhóm thì: n
hq
= n - n
1
.
b. Trường hợp
: 3m > và
0,2k
sd
≥
P
1
Trong đó:
n: Số thiết bị trong nhóm.
n
1
: Số thiết bị có công suất không nhỏ hơn một nửa công suất của
thiết bị có công suất lớn nhất.
P và P
1
: Tổng công suất của n và của n
1
thiết bị.
Báo cáo tốt nghiệp
Thiết kế hệ thống cung cấp điện
11
Sau khi tính được n
*
và P
*
tra theo sổ tay kỹ thuật ta tìm được n
*
hq
=
f(n
*
, P
Khi xác định phụ tải tính toán theo phương pháp số thiết bị dùng
điện hiệu quả n
hq
, trong một số trường hợp cụ thể có thể dùng các công
thức gần đúng sau:
* Nếu
3n ≤ và 4n
hq
<
, thì phụ tải tính toán được tính theo công
thức:
P
tt
=
∑
=
n
1i
dmi
P ( 2.23)
Đối với thiết bị làm việc với chế độ ngắn hạn lặp lại thì:
P
tt
=
0,875
.P
dm
ε
(2.24)
hq
> 300 và k
sd
< 0,5 thì:
k
max
sẽ lấy giá trị ứng với n
hq
= 300
* Nếu n
hq
> 300 và k
sd
≥0,5 thì:
P
tt
= 1,05.k
sd
.P
đm
(2.26)
Báo cáo tốt nghiệp
Thiết kế hệ thống cung cấp điện
12
* 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:
P
(tức là phương pháp tính theo hệ số hiệu quả) bởi vì phương pháp
này có kết quả tương đối chính xác.
¾. 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 tả
i
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.
¾. 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 k
nc
.
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:
Báo cáo tốt nghiệp
Thiết kế hệ thống cung cấp điện
13
¾. 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.
/ tg
ϕ
= 0,6/ 1,33
Tra bảng PL 1.7 (TL.1) ta được suất chiếu sáng p
0
= 14 W/ m
2
Công suất tính toán động lực:
P
đl
= k
nc
.P
đ
= 0,3.1036800 = 311040 (kW)
Q
đl
= P
đl
.tg
ϕ
=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: P
cs
= p
0
.F
Trong đó:
= P
cs
.tg
cs
ϕ
= 0 (kVAr).
Công suất tính toán tác dụng của phân xưởng:
P
tt
= P
đl
+ P
cs
= 311040 + 95,625 = 311135,625 (kW)
Công suất tính toán phản kháng của phân xưởng:
Q
tt
= Q
đl
+ Q
cs
= 413683,2 + 0 = 413683,2 (kVAr)
Công suất tính toán toàn phần của phân xưởng:
S
tt
=
tt
2
tt
2
Q
ttnm
= k
đt
.
∑
=
9
1i
tti
Q
Trong đó: k
đt
: Hệ số đồng thời lấy bằng 0,8.
Q
ttnm
= 0,8. 413683,2 = 330946,56(kVAr)
Phụ tải tính toán toàn phần của phân xưởng
S
ttnm
=
ttnm
2
ttnm
2
QP + = 2510989 (kVA)
Hệ số công suất của phân xưởng
cos
ϕ
=
¾.
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.
Báo cáo tốt nghiệp
Thiết kế hệ thống cung cấp điện
16
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.
•
Chọn cáp từ trạm biến áp phân xưởng về tủ phân phối phân
xưởng:
C có được k
hc
= 0,96.
Dòng điện tính toán của phân xưởng
I
tt
=
38,0.3
47,144
U.3
S
dm
tt
=
= 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 mm
2
với dòng cho phép: I
cp
=
301 A.
Ta có: k
hc
.I
cp
= 0,96.301 = 288,96 A > I
tt
= 219,5 A.
Vậy cáp đã chọn thoả mãn điều kiện.
CS
Báo cáo tốt nghiệp
Thiết kế hệ thống cung cấp điện
18
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:
I
đmA
≥ I
lvmax
= I
tt
=
dm
đm
(A) I
N
(kA)
A
1
25 C60N 440 63 6
A
2
54,3 C60N 440 63 6
A
3
48,3 C60N 440 63 6
A
4
73,5 NC100H 440 100 6
A
5
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:
Báo cáo tốt nghiệp
Thiết kế hệ thống cung cấp điện
19
I
tt
=
Trong đó:
k
1
= 0,95: hệ số hiệu chỉnh khi thanh dẫn đặt nằm ngang.
k
2
= 0,9: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ.
I
tt
= 219,5 A: dòng điện tính toán của phân xưởng.
Từ đó I
cp
≥
21
ttpx
.kk
I
=
0,95.0,9
219,5
= 256,7 A
Vậy ta chọn thanh dẫn có tiết diện F = 75 mm
2
với I
cp
= 340 A.
Tủ phân phối với các thiết bị:
NC100H
Báo cáo tốt nghiệp
Thiết kế hệ thống cung cấp điện
20
k
hc
.I
cp
≥
I
lvmax
ta còn phải phối hợp điều kiện bảo vệ:
k
hc
.I
cp
1,5
I
kdnhiÖt
≥
Trong đó:
k
≥ I
lvmax
= I
ttn1
= 25 A
k
hc
.I
cp
≥
1,5
I
kdnhiÖt
=
1,5
1,25.I
dmA1
=
1,5
1,25.63
= 52,5 A
Vậy với k
hc
= 1 thì dòng cho phép thoả mãn:
I
cp
≥ 25 A
I
cp
≥ 52,5 A
Thiết kế hệ thống cung cấp điện
22
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: Chọ
đmmđ4.2. Chọn dây dẫn.
Báo cáo tốt nghiệp
Thiết kế hệ thống cung cấp điện
23
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: k
hc
.I
cp
≥ I
lvmax
= I
tt
Kiểm tra với điều kiện kết hợp thiết bị bảo vệ là áptômát:
k
hc
.I
cp
≥
1,5
I
kdnhiÖt
=
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 đo
ạn 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.
Báo cáo tốt nghiệp
Thiết kế hệ thống cung cấp điện
24
Dòng điện tính toán cho trạm có công suất lớn nhất là:
I
ttB1
=
dm
B1
.U3
S
=
.103
1593,87
= 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
(W)
N
P
Δ
(W) U
N
%
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) sản xuất đặt trong vỏ tủ tự tạo, số áptômát tuỳ thuộc
vào số máy biến áp đặt trong trạm.
Với trạm đặt hai máy biến áp thì đặt 5 tủ: 2 tủ áptômát tổng, 1 tủ
áptômát phân đoạn và 2 tủ áptômát nhánh. Sơ đồ đấu nối các trạm có hai
máy biến áp:
Copyright: Tài liệu đại học ©