ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Cung Cấp Điện
THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO NHÀ MÁY CƠ KHÍ ĐỊA PHƯƠNG
VÀ KẾT CẤU LẮP ĐẶT TRẠM BIẾN ÁP VÀ TỦ HẠ ÁP
Phần I
THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO NHÀ MÁY CƠ KHÍ
ĐỊA PHƯƠNG
Chương I
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XÍ NGHIỆP
1. LOẠI NGÀNH NGHỀ, QUY MÔ VÀ NĂNG LỰC CỦA XÍ NGHIỆP
1.1. Loại ngành nghề:
Ngày nay, nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống
nhân dân cũng được nâng cao nhanh chóng. Trong quá trình công nghiệp
hoá, hiện đại hoá đất nước thì các loại hình doanh nghiệp Nhà nước nói
chung và nhà máy cơ khí địa phương nói riêng là những mục tiêu hàng đầu
trong việc sản xuất ra sản phẩm và phát triển nền kinh tế quốc dân.
- Nhà máy cơ khí mà em thiết kế là nhà máy cơ khí địa phương.
Nhiệm vụ sản xuất chủ yếu của nhà máy là chế tạo, lắp đặt những kết cấu
kim loại, gia công, sửa chữa lắp ráp cơ khí phục vụ cho sự nghiệp cơ khí
hoá sản xuất nông nghiệp địa phương, các mặt hàng thiết yếu dùng trong
xây dựng, sinh hoạt. Ngoài những mặt hàng trên nhà máy còn có dây
chuyền sản xuất bi gang, phục vụ cho các máy nghiền than của các nhà
máy Xi măng và các nhà máy Nhiệt điện.
Để thực hiện tốt nhiệm vụ sản xuất chiến lược của mình, không những
chỉ đòi hỏi về tính chất công nghệ mà còn yêu cầu đảm bảo chất lượng và
độ tin cậy cao trong lĩnh vực cung cấp điện cho nhà máy.
1.2. Quy mô, năng lực của xí nghiệp:
Phạm Chân Phương HTĐ - K35
1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Cung Cấp Điện
- Xí nghiệp có tổng diện tích là 22525m
2

* PXGCG - Phân xưởng gia công gỗ.
* PXKCKL - Phân xưởng kết cấu kim loại.
- Theo quy trình trang bị điện và quy trình công nghệ sản xuất của xí
nghiệp, thì việc ngừng cung cấp điện sẽ ảnh hưởng đến chất lượng sản
phẩm, gây thiệt hại về kinh tế, do đó ta xếp xí nghiệp vào phụ tải loại II.
- Để quy trình sản xuất của xí nghiệp đảm bảo vận hành tốt thì phải
đảm bảo chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện cho toàn xí
nghiệp và cho các phân xưởng quan trọng trong xí nghiệp.
3 . GIỚI THIỆU PHỤ TẢI ĐIỆN CỦA TOÀN XÍ NGHIỆP.
3.1. Các đặc điểm của phụ tải điện.
- Phụ tải điện trong xí nghiệp công nghiệp có thể phân ra làm hai loại
phụ tải:
+ Phụ tải động lực
+ Phụ tải chiếu sáng.
- Phụ tải động lực thường có chế độ làm việc dài hạn, điện áp yêu cầu
trực tiếp đến thiết bị với độ lệch điện áp cho phép ∆U
Cf
= ± 5% U
đm
. Công
suất của chúng nằm trong dải từ một đến hàng chục kw, và được cấp bởi
tần số f=50Hz.
- Phụ tải chiếu sáng thường là phụ tải một pha, công suất không lớn.
Phụ tải chiếu sáng bằng phẳng, ít thay đổi và thường dùng dòng điện tần số
f = 50Hz. Độ lệch điện áp trong mạng điện chiếu sáng ∆U
Cf
= ±2,5%.
3.2 . Các yêu cầu về cung cấp điện của xí nghiệp.
- 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

+ Các thiết bị trong nhóm nên có cùng một chế độ làm việc
+ Các thiết bị trong nhóm nên gần nhau, tránh trồng chéo dây dẫn
+ Công suất thiết bị trong nhóm cũng nên cân đối để khỏi quá chênh
lệch giữa các nhóm
+ Số lượng thiết bị trong nhóm nên có một giới hạn
Căn cứ vào vị trí, công suất của các máy công cụ bố trí trên mặt bằng
xưởng ta chia ra làm 5 nhóm thiết bị (phụ tải ) như sau :
+ Nhóm 1: 1; 1; 2; 3; 3; 5; 6; 11; 12;
+ Nhóm 2 : 2; 4; 8; 9; 13; 17; 17;
+ Nhóm 3 : 18 22; 31; 37; 41; 44;
+ Nhóm 4: 19; 20; 21; 24; 26; 28; 33;
+ Nhóm 5 : 23; 25; 40; 42; 46; 47; 48; 49; 50;
Bảng 2-1: Bảng công suất đặt tổng của các nhóm.
Nhóm phụ tải 1 2 3 4 5
Công suất tổng (kw) 70,35 70,4 162,25 164,9 139,2
1.2 . Xác định phụ tải động lực tính toán của phân xưởng.
a. Các phương pháp xác định phụ tải tính toán
Phạm Chân Phương HTĐ - K35
5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Cung Cấp Điện
- Theo công suất trung bình và hệ số cực đại.
- Theo công suất trung bình và độ lệch của phụ tải khỏi giá trị trung
bình.
- Theo công suất trung bình và hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải
- Theo công suất đặt và hệ số nhu cầu.
Vì đã có 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 .
b. Xác định phụ tải tính toán của nhóm 1
Bảng 2-2: Bảng số liệu nhóm 1.

sd
: hệ số sử dụng công suất của nhóm thiết bị.
(Bảng phụ lục 1 trang 253 TKCĐ).
Phạm Chân Phương HTĐ - K35
6
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Cung Cấp Điện
+ K
max
: hệ số cực đại công suất tác dụng, tra đồ thị hoặc tra bảng theo
hai đại lượng K
sd
và n
hq
.
+ n
hq
: số thiết bị dùng điện hiệu quả
- Ta thấy với nhóm máy công cụ có K
sd
=0,16; từ cosϕ=0,6
→ tgϕ = 1,33.
• Trình tự xác định n
hq
như sau :
- Xác định n
1
: số thiết bị có công suất lớn hơn hay bằng 1/2 công suất
của thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm.
Với nhóm 1, ta có n
1

*n
11
Trong đó:
398,0
70,35
28
p*; 11,0
9
1
*n
====
- Từ các giá trị n* = 0,11 và p* = 0,4 tra bảng (PL: 1.5: TKCĐ] được
n
hq
*= 0,47, vậy ta có n
hq
= n . n
hq
* = 9 . 0,47 = 4,23 ↔ n
hq
= 4
• Từ K
sd
= 0,16 và n
hq
= 4 tra bảng [PL: 1.6 TKCĐ] được K
max
= 3,11
vào công thức (2-1) tính được:
P

- Công thức quy đổi chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại về chế độ làm
việc dài hạn của thiết bị:
2)-(2 %K.PP
ddmqd
=
+ K
d
%: Hệ số đóng điện phần trăm.
- Công thức tính hệ số sử dụng công suất tác dụng trung bình:
∑
∑
=
n
1
i
n
1
i
i
tb
p
p
k
K
dm
dm
.
sd
sd
. (2-3)

Bảng kết quả tính toán B2-3 ở trang sau:
Phạm Chân Phương HTĐ - K35
8
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Cung Cấp Điện
Phạm Chân Phương HTĐ - K35
9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Cung Cấp Điện
1.3. Xác định phụ tải chiếu sáng toàn phân xưởng:
Phụ tải chiếu sáng được tính theo công suất chiếu sáng trên một đơn vị
diện tích. Công thức tính :
P
cs
=P
0
. F (2-6)
Trong đó :
+ P
0
: Suất phụ tải chiếu sáng trên đơn vị diện tích (W/m
2
)
+ F : Diện tích cần được chiếu sáng (m
2
)
- Diện tích chiếu sáng toàn phân xưởng F = 48 x 25 =1200 (m
2
)
- Suất phụ tải chiếu sáng chung cho phân xưởng sửa chữa cơ khí
P
o

đt
= 0,85.
+ n : số nhóm thiết bị.
+ P
cs
: phụ tải chiếu sáng (kw)
+ P
tt.nhi
, Q
tt.nhi
: công suất tác dụng, phản kháng tính toán của nhóm thứ i.
Thay các giá trị tính toán được ở trên vào công thức ( 2-7) được:
Phạm Chân Phương HTĐ - K35
10
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Cung Cấp Điện
P
ttpx
= 0,85 . (35 + 32,33 + 80,74 + 82,05 + 63,92) + 18 = 268,0 (kw)
Q
ttpx
=0,85.(46,55+43,0 = 107,38 + 109,13 + 85,01) = 332,41 (KVAR)
S
tt.px
=
)KVA(06,4275,3320,268
22
=+
1.5. Xác định phụ tải đỉnh nhọn của nhóm thiết bị.
Phụ tải đỉnh nhọn của nhóm thiết bị sẽ xuất hiện khi thiết bị có dòng
khởi động lớn nhất mở máy, còn các thiết bị khác trong nhóm đang làm

đn.nh2
= 70,9 . 5 + (81,74 - 0,16 . 70,9) = 424,9 (A)
- I
đn.nh3
= 202,58 . 5 + (207,451 - 0,16 . 227,9) = 1310,5(A)
- I
đn.nh5
= 113,95 . 5 + (161,6 - 0,16 . 113,95) = 713,12 (A)
2. XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CHO CÁC PHÂN XƯỞNG KHÁC VÀ
TOÀN XÍ NGHIỆP.
2.1. Phụ tải tính toán của các phân xưởng:
Phụ tải động lực:
- 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 (k
nc
).
Công thức tính :
P
đl
= k
nc
. P
đ
Phạm Chân Phương HTĐ - K35
11
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Cung Cấp Điện
Q
đl
= Q
tt

Diện tích 70 . 25 = 1750 (m
2
)
- Tra bảng phụ lục [PL 1.3: TKCĐ]
k
nc
=0,7
cosϕ =0,9 → tgϕ =0,484
P
o
= 15 (w/m
2
)
- Thay vào công thức (2-6 ) và (2-9) ở trên ta tính được:
+ Phụ tải động lực :
P
đl
= 0,7 . 1950 = 1365 (kw)
Q
tt
= P
tt
. tgϕ = (P
đl
+ P
cs
) . tgϕ = 1391,25 . 0,484 = 673,37 (KVAR)
+ Công thức tính toán chiếu sáng:
P
cs

Pđ,
kw
K
nc
cosϕ tgϕ
F
(m
2
)
P
o
w/m
2
P
cs
kw
P
đl
kw
P
tt
kw
Q
tt
KVAR
S
tt
KVA
PX. Kết cấu kim loại 1950 0,7 0,9 0,484 1750 15 26,25 1365 1391,25 673,365 1545,83
PX. Lắp ráp cơ khí 1800 0,4 0,6 1,33 3600 15 54 720 774 1029,42 1290

==
∑
(KVAR)
- Phụ tải tính toán toàn phần của xí nghiệp:
)KVA(95,62468,41562,4663S
22
ttXN
=+=
- Hệ số công suất của toàn xí nghiệp:
Phạm Chân Phương HTĐ - K35
13
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Cung Cấp Điện
75,0
95,6246
2,4663
S
P
Cos
ttXN
ttXN
x
===ϕ
2.3. Tính sự tăng trưởng của phụ tải trong 10 năm sau:
- Công thức xét đến sự gia tăng của phụ tải trong tương lai:
S
(t)
= S
tt
(1 + α
1

tải của phân xưởng đồng đều theo diện tích phân xưởng .
- Biểu đồ phụ tải cho phép hình dung được rõ ràng sự phân bố phụ tải
trong xí nghiệp.
Phạm Chân Phương HTĐ - K35
14
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Cung Cấp Điện
- Mỗi vòng tròn biểu đồ phụ tải chia ra thành hai phần hình quạt tương
ứng với phụ tải động lực và phụ tải chiếu sáng.
3.1. Xác định bán kính vòng tròn phụ tải:
m.
S
R
ttPXi
i
Π
=
( 2-10 )
Trong đó :
+ S
ttPXi
: Phụ tải tính toán của phân xưởng thứ i, (KVA)
+ R
i
: Bán kính vòng tròn biểu đồ phụ tải của phân xưởng thứ i, mm
+ m : tỉ lệ xích KVA/mm
2
• Góc chiếu sáng của biểu đồ phụ tải :

p
p

cs
1 PX. Kết cấu kim loại 26,25 1391,25 1545,83 3 12,81 6,79
2 PX. Lắp ráp cơ khí 54 774 1290 3 11,7 5,12
3 Phân xưởng đúc 43,88 883,88 1104,84 3 10,83 17,87
4 Phân xưởng nén khí 33,75 593,75 742,19 3 8,88 20,46
5 Phân xưởng rèn 18,75 738,75 1231,25 3 11,43 9,13
6 Trạm bơm 16,875 464,88 619,83 3 8,11 13,07
7 PX sửa chữa cơ khí 18 268 446,7 3 6,89 24,18
8 Phân xưởng gia công gỗ 47,25 272,25 453,75 3 6,94 62,48
9 Bộ phận hành chính & BQL 57 121 134,44 3 3,78 169,59
10 Bộ phận thử nghiệm 25 321 401,25 3 6,53 28,04
3.2 . Biểu đồ xác định tâm phụ tải.
Phạm Chân Phương HTĐ - K35
15
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Cung Cấp Điện
Trên sơ đồ mặt bằng xí nghiệp vẽ một hệ toạ độ xoy, có vị trí toạ độ
trọng tâm của các phân xưởng là ( x
i
, y
i
) ta xác định được toạ độ tối ưu
M
0
(x
0
, y
0
)
Vòng tròn phụ tải :


s
xs
x
;
.
44,8043
9,5.25,4013,4.19,7423,8.84,11043,1.12905,3.83,1545
x
0
++++
=

8,4
44,8043
9,1.44,1348.75,4537,5.7,4465,5.83,6193,5.25,1231
=
+++++
44,8043
3,4.25,12313,1.19,7422.84,11045,5.12905,5.83,1454
y
0
++++
=

8,3
44,8043
9,1.25,4017,0.44,1345.75,4537,5.7,4461.83,19
=
++++
Dịch chuyển ra khoảng trống, vậy ta có tâm phụ tải xí nghiệp:

- Sơ đồ cung cấp điện (SĐCCĐ) phải có tính an toàn đảm bảo an toàn
tuyệt đối cho người và thiết bị trong mọi trạng thái vận hành. Ngoài ra, khi lựa
chọn sơ đồ cung cấp điện cũng phải lưu ý tới các yếu tố kỹ thuật khác như đơn
giản, thuận tiện cho vận hành, có tính linh hoạt trong sự cố, có biện pháp tự
động hoá.
2. TỔNG HỢP PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA XÍ NGHIỆP:
- Kinh nghiệm cho thấy rằng phụ tải điện của xí nghiệp tăng lên không
ngừng do việc hợp lý hoá tiêu thụ điện năng, tăng năng suất của các máy
chính, tăng dung lượng năng lượng, thay hoặc hoàn thiện các thiết bị công
nghệ, xây lắp thêm các thiết bị công nghệ,... .Để hợp lý hoá sơ đồ cung cấp
điện và tất cả các phần tử của nó phụ thuộc vào việc đánh giá đúng đắn phụ
tải điện, nếu không tính đến sự phát triển của phụ tải sẽ dẫn đến phá hoại
các thông số tối ưu của lưới.
Phạm Chân Phương HTĐ - K35
17
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Cung Cấp Điện
- Nhưng do không có thông tin cụ thể về sự phát triển của phụ tải điện
của xí nghiệp nên ở đây ta không xét đến mức gia tăng của phụ tải trong
tương lai do đó phụ tải tính toán S
tt
đã tính trước với số năm dự kiến là 10.
S
tt(10)
= 12181,55 KVA
P
tt(10)
= 9136,16 kw
3. XÁC ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRUYỀN TẢI TỪ HỆ THỐNG ĐẾN XÍ NGHIỆP:
3.1. Công thức kinh nghiệm:
Trong tính toán điện áp truyền tải thông thường người ta sử dụng một

Phạm Chân Phương HTĐ - K35
18
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Cung Cấp Điện
- Ta thấy nếu dùng sơ đồ dẫn sâu từ mạng 35kv xuống điện áp 0,4kv
thì có lợi giảm được tổn thất nhưng chi phí cho các thiết bị cao. Loại sơ đồ
này phù hợp với các xí nghiêp có các phân xưởng nằm cách xa nhau
(Hình b)
- Nếu dùng sơ đồ trạm biến áp trung tâm 35/10kv cấp điện cho các
biến áp phân xưởng 10/0,4kv thì chi phí cho các thiết bị thấp và với loại
hình phân xưởng đặt gần nhau thì tổn thất không lớn (Hình c)
Theo phân tích trên ta dùng sơ đồ trạm nguồn là trạm biến áp trung
tâm 35/10kv cấp điện cho các trạm biến áp phân xưởng (BAPX)
4.2. Chọn vị trí xây dựng trạm :
• Trạm biến áp trung tâm .
- Trạm biến áp trung tâm nhận điện từ trạm biến áp trung gian
(BATG) hay đường dây của hệ thống có điện áp 35kv biến đổi xuống điện
áp 10kv cung cấp cho các trạm biến áp phân xưởng.
- Vị trí xây dựng trạm được chọn theo nguyên tắc chung sau:
+ Gần tâm phụ tải điện M
0
(4,8; 3,8)
+ Thuận lợi cho giao thông đi lại và mỹ quan
Trạm biến áp đặt vào tâm phụ tải điện, như vậy độ dài mạng phân
phối cao áp, hạ áp sẽ được rút ngắn, các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của sơ đồ
cung cấp điện đảm bảo hơn.
Vậy ta chọn xây dựng trạm biến áp trung tâm gần phân xưởng số 2
(ký hiệu số 5 trên mặt bằng )
• Trạm biến áp phân xưởng :
- Trạm biến áp phân xưởng làm nhiệm vụ biến đổi từ điện áp xí
nghiệp 10kv xuống điện áp phân xưởng 0,4kv cung cấp cho các phụ tải

xí nghiệp có thể phân ra hai loại phụ tải sau :
Phạm Chân Phương HTĐ - K35
20
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Cung Cấp Điện
• Phụ tải loại 2 gồm :
- Phân xưởng kết cấu kim loại (KCKL), ký hiệu trên mặt bằng số 1.
- Phân xưởng lắp ráp cơ khí (LRCK), ký hiệu trên mặt bằng số 2.
- Phân xưởng đúc, ký hiệu trên mặt bằng số 3.
- Phân xưởng nén khí, ký hiệu trên mặt bằng số 4
- Trạm bơm, ký hiệu trên mặt bằng số 6.
• Phụ tải loại 3 gồm:
- Phân xưởng rèn (PXR), ký hiệu trên mặt bằng số 5.
- Phân xưởng (SCCK), ký hiệu trê mặt bằng số 7
- Phân xưởng (GCG), ký hiệu trên mặt bằng số 8.
- Bộ phận HC & Ban Quản lý, ký hiệu trên mặt bằng số 9.
- Bộ phận thử ngiệm, ký hệu trên mặt bằng số 10.
• Số lượng trạm biến áp được chọn như sau:
- Phân xưởng là phụ tải loại 2, cần đặt 2 MBA cho trạm BAPX đó.
- Phân xưởng là phụ tải loại 3 cần đặt 1 MBA cho trạm BAPX đó.
- Căn cứ vào vị trí, công suất tính toán và yêu cầu độ tin cậy CCĐ của
phân xưởng, quyêt định đặt 7 trạm (BAPX) như sau:
+ Trạm B
1
(2MBA) : Cấp cho PXKCKL
+ Trạm B
2
(2 MBA): Cấp điện cho PXLRC khí.
+ Trạm B
3
(2 MBA): Cấp điện cho phân xưởng đúc.

≥
(3-2)
Nếu 2 MBA
SSk
SS
scdmBqtsc
TTdmB
2
≥
≥
(3-3)
Trong đó:
+ S
đmB
: Công suất định mức của MBA (KVA)
+ S
tt
: Công suất tính toán của phụ tải ( KVA)
+ S
sc
: Công suất phụ tải mà trạm cần chuyển tải khi sự cố (KVA)
+ K
qtsc
: Hệ số quá tải sự cố ; K
qtsc
= 1,4.
Trạm biến áp trung tâm:
Phạm Chân Phương HTĐ - K35
22
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Cung Cấp Điện



−
−








−
−=
θθ
100
35
1.
100
5
1
Maxtb
dm
'
dm
SS
(3-4)
Trong đó:
+ S’
đm

∆Po ∆Pn
C-H
TDH 7500 35 10 14,5 65 8,0
• Trạm biến áp phân xưởng :
- Nên chọn cùng một cỡ máy hoặc chọn không qúa 2-3 cỡ máy.
- Trạm biến áp phân xưởng B
1
Phạm Chân Phương HTĐ - K35
23
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Cung Cấp Điện
)KVA(164,1104
4,1
83,1545
4,1
)KVA(915,772
2
83,1545
2
S
S
S
S
sc
dmB
tt
dmB
==≥
==≥
- Vì các thiết bị thuộc phụ tải loại I của phân xưởng chỉ chiếm khoảng
80%, do đó lấy S

6 Trạm bơm 619,83
7 Bộ phận thử nghiệm 401,25
8 PX. rèn 1231,25 1 1000 B
6
9 PX sửa chữa cơ khí 446,7
10 PX. gia công gỗ 453,75
6. CÁC PHƯƠNG ÁN ĐI DÂY MẠNG CAO ÁP CỦA XÍ NGHIỆP:
Phạm Chân Phương HTĐ - K35
24
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Cung Cấp Điện
- Trạm biến áp trung tâm của xí nghiệp sẽ được lấy điện từ hệ thống
bằng đường dây trên không, dây nhôm lõi thép, lộ kép.
- Để đảm bảo an toàn, đảm bảo không gian và mỹ quan cho xí nghiệp
mạng cao áp được dùng cáp ngầm. Từ trạm BATT đến các trạm biến áp
phân xưởng B
1
; B
2
; B
3
; B
4
; B
5
; dùng cáp lộ kép, đến trạm B
6
; B
7
dùng cáp
lộ đơn.