ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, xu hội nhập, trình cơng nghiệp hóa đại hóa đ ất nước diễn cách mạnh mẽ Trong trình phát triển đó, điện đóng vai trò quan trọng Nó dạng lượng đ ặc biệt, có r ất nhiều ưu điểm như: dễ chuyển hóa thành dạng lượng khác( năng, hóa năng, nhiệt năng…), dễ dàng truyền tải phân phối… Do ngày điện sử dụng rộng rãi hầu hết lĩnh vực đời s ống, Cùng với xu hướng phát triển mạnh mẽ kinh tế, đời sống xã hội ngày nâng cao, nhu cầu sử dụng điện lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ,… tăng lên không ngừng Để đảm bảo nhu cầu to lớn đó, phải có hệ thống cung cấp điện an toàn tin cậy Với: “Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng sửa chữa khí”, sau thời gian làm đồ án, hướng dẫn thầy TS Đặng Hoàng Anh tài liệu tham khảo -Hệ thống cung cấp điện xí nghiệp công nghiệp đô th ị cao tầng:Nguyễn Công Hiền(Chủ biên),Nguyễn Mạnh Hoạch -Thiết kế cấp điện :Ts Vũ Văn Tẩm-Ts Ngơ Hồng Quang -Giáo trình cung cấp điện: Ninh Văn Nam (chủ biên)- Hà Văn Chiến –Nguy ễn Quang Thuấn -Sổ tay lựa chọn tra cứu thiết bị điện từ 0,4-500kV :Nguy ễn H ồng Quang Đến nay, chúng em hoàn thành nội dung đồ án mơn học Do trình độ thời gian có hạn nên khơng thể tránh kh ỏi thiếu sót, chúng em mong bảo, giúp đỡ thầy cô để làm c chúng em hoàn thiện Đồng thời giúp chúng em nâng cao trình độ chun mơn, đáp ứng nhiệm vụ công tác sau Chúng em xin chân thành c ảm ơn ! GVHD: TS.ĐẶNG HOÀNG ANH ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Mục Lục I Thuyết minh Tính tốn phụ tải điện 1.1 Phụ tải chiếu sáng 1.2 Phụ tải thơng thống làm mát 1.3 Phụ tải động lực: phân nhóm thiết bị, xác định phụ tải nhóm, tổng hợp phụ tải động lực 1.4 Tổng hợp phụ tải toàn phân xưởng 1.5 Nhận xét đánh giá Xác định sơ đồ cấp điện phân xưởng 2.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng 2.2 Các phương án cấp điện cho phân xưởng (3 đến phương án, sơ chọn tiết dây dẫn, tính tốn loại tổn th ất mạng điện) 2.3 Đánh giá lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu Lựa chọn kiểm tra thiết bị điện 3.1 Chọn kiểm tra dây dẫn 3.2 Chọn kiểm thiết bị trung áp (dao cách ly, cầu chảy, chống sét van, v.v…) 3.3 Chọn thiết bị hạ áp (loại tủ phân phối, cái, sử đỡ, thi ết bị chuy ển m ạch tay tự động đóng/cắt nguồn tự động, aptomat/cầu chảy, kh ởi động từ v.v…) 3.4 Chọn thiết bị đo lường: máy biến dòng, ampe mét, vol mét, cơng tơ v.v 3.5 Tính tốn ngắn mạch 3.6 Kiểm tra chế độ mở máy động 3.7 Nhận xét đánh giá Thiết kế trạm biến áp 4.1 Tổng quan trạm biến áp GVHD: TS.ĐẶNG HOÀNG ANH ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 4.2 Chọn phương án thiết kế xây dựng trạm biến áp 4.3 Tính tốn nối đất cho trạm biến áp 4.4 Sơ đồ nguyên lý, mặt bằng, mặt cắt trạm biến áp sơ đồ nối đất TBA 4.5 Nhận xét Tính bù cơng suất phản kháng nâng cao hệ số công suất 5.1 Ý nghĩa việc bù cơng suất phản kháng 5.2 Tính tốn bù cơng suất phản kháng để cosφ mong muốn sau bù đạt 0,9 5.3 Đánh giá hiệu bù công suất phản kháng 5.4 Nhận xét đánh giá Tính tốn nối đất chống sét 6.1 Tính tốn nối đất 6.2 Tính chọn thiết bị chống sét 6.3 Nhận xét đánh giá Dự tốn cơng trình 7.1 Kê danh mục thiết bị 7.2 Lập dự toán cơng trình Nhận xét đánh giá Kết luận II Bản vẽ Sơ đồ mạng điện mặt phân xưởng với bố trí t ủ phân ph ối, thiết bị; Sơ đồ nguyên lý mạng điện có rõ mã hi ệu tham s ố c thi ết b ị chọn; Sơ đồ trạm biến áp gồm: sơ đồ nguyên lý, sơ đồ mặt m ặt c tr ạm bi ến áp; Sơ đồ tủ phân phối, sơ đồ chiếu sáng và3sơ đồ nối đất; GVHD: TS.ĐẶNG HOÀNG ANH ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Bảng số liệu tính tốn mạng điện: phụ tải, so sánh ph ương án; gi ải tích ch ế độ xác lập mạng điện; dự tốn cơng trình I.Thuyết minh 1.Tính tốn phụ tải điện 1.1 Phụ tải chiếu sáng Trong thiết kế chiếu sáng, vấn đề quan trọng phải quan tâm đáp ứng yêu cầu độ rọi hiệu chi ếu sáng đối v ới th ị giác Ngoài đ ộ rọi, hiệu chiếu sáng phụ thuộc vào quang thơng, màu s ắc ánh sáng, lựa chọn hợp lý bố trí chiếu sáng vừa đảm bảo tính kinh tế mỹ quan hoàn cảnh Thiết kế chiếu sáng phải đảm bảo yêu cầu sau: - Không bị lố mắt - Khơng lố phản xạ - Khơng có bóng tối - Phải có độ rọi đồng - Phải đảm bảo độ sáng đủ ổn định - Phải tạo ánh sáng giống ánh sáng ban ngày Các hệ thống chiếu sáng bao gồm chiếu sáng chung, chiếu sáng c ục b ộ chiếu sáng kết hợp ( kết hợp cục chung ) Do yêu c ầu th ị giác c ần phải làm việc xác, nơi mà thiết bị cần chi ếu sáng mặt phẳng nghiêng khơng tạo bóng tối sâu thiết kế cho phân xưởng th ường s dụng h ệ thống chiếu sáng kết hợp Chọn loại bóng đèn chiếu sáng gồm loại: bóng đèn s ợi đ ốt bóng đèn huỳnh quang Các phân xưởng thường dung đèn huỳnh quang đèn huỳnh quang có tần số 50Hz thường gây ảo giác không quay cho động không đồng bộ, nguy hiểm cho người vận hành máy, dễ gây tai nạn lao động Do người ta thường sử dụng đèn sợi đốt cho phân xưởng sửa chữa khí Việc bố trí đèn đơn giản, thường bố trí theo góc hình vng hình chữ nhật Xác định kích thước phân xưởng Phân xưởng có kích thước sau : rộng a=24m, dài b=36m, cao h=7m Tham khảo bảng hệ số phản xạ (GT cung cấp ện _TS Quy ền Huy Ánh b ảng 10.5 trang 159 công nghiệp nhẹ), ta xác định hệ số phản xạ tr ần, tường sàn 50%, 30% 10% GVHD: TS.ĐẶNG HOÀNG ANH ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Ta chọn loại đèn Metal Halide có hiệu suất sáng l ớn ch ỉ s ố hồn màu cao, phù hợp với chiếu sáng cơng nghiệp Chọn loại đèn có thơng s ố sau: P = 150W, quang thông Φ = 11250 lm, loại chóa chiếu sâu, v ỏ nhơm, m ỗi b ộ có m ột bóng Chọn chiều cao treo đèn (khoảng cách từ trần đến đèn) 1m, chi ều cao làm vi ệc 0,8m, ta tính độ cao treo đèn tính tốn là: Htt = 7-1-0,8 = 4,2m Ta tính số phòng i: I = 2,83 Từ tham khảo GT cung cấp điện_TS Quyền Huy Ánh bảng 10.4 Đặc ến phân bố cường độ sáng số đèn thông dụng trang 149 ta xác định h ệ s ố s dụng CU = 92% Ta chọn : Môi trường sử dụng trung bình chế độ bảo trì 12 tháng Hệ số mát ánh sáng: LLF = 0,61 ( Trang 161 GT cung cấp điện_Quyền Huy Ánh) Hệ số mát ánh sáng xác định theo biểu thức: LLF = LLD.LDD.BF.RSD đây: -LLD hệ số suy hao quang thông theo thời gian sử dụng -LDD hệ số suy hao quang thông bụi -BF hệ số cuộn chấn lưu -RSD hệ số suy hao phản xạ phòng bụi Độ rọi yêu cầu: Eyc = 150lx (phân xưởng lắp ráp khí chi tiết trung bình – nh ỏ) · Tính số đèn sử dụng Phân bố đèn: ta chọn 20 đèn phân bố theo diện tích phân xưởng thành hàng cột sau: GVHD: TS.ĐẶNG HOÀNG ANH ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Hình 1: Sơ đồ phân bố đèn phân xưởng Kiểm tra độ rọi đồng đều: ta kiểm tra theo hai số α β = 0,8 1,8 (đèn HID – trần cao) β = 0,3 0,5 Theo chiều rộng ta tính được: Phụ tải nhóm chiếu sáng Từ kết thiết kế chiếu sáng ta tính phụ tải chiếu sáng tính tốn phân xưởng Trong đó: kđt : hệ số đồng thời phụ tải chiếu sáng N : số bóng cần thiết GVHD: TS.ĐẶNG HOÀNG ANH ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Pđ : cơng suất bóng đèn lựa chọn Vì dùng loại đèn Metal Halide nên hệ số cos φ= Do đó, ta có cơng su ất tồn ph ần nhóm chiếu sáng là: Qcs = (kVAr) 1.2.Phụ tải thơng gió làm mát a) Phụ tải thơng gió Lưu lượng gió tươi cần cấp vào xưởng là: Q= n*V= 6*24*36*7= 36288m3 Trong đó: n số lần làm tươi 1h V thể tích khí Với số liệu cho: MODEL : DLHCV40-PG4SF có lượng gió 4500 (m3/h) Ta chọn q= 4500 m3/h => số quạt: Nq = quạt Bảng 1: Thông số quạt hút Thiết bị Công suất (W) Quạt hút Uđm=380(V); iđm=0,57(A); 300 Lượng gió (m /h) Số lượng 4500 Ksd cosφ 0,7 0,8 ilvmax=0,7(A) Hệ số nhu cầu: (áp dụng công thức 2.34 trang 29 sách giáo trình cung cấp ện) Phụ tải tính tốn nhóm phụ tải thơng gió làm mát:N ếu ch ưa bi ết hi ệu su ất c động nên ta lấy gần Pđ=Pđm (áp dụng công thức 2.41 chương sách giáo trình cung cấp điện) Trong đó: Pđmi cơng suất định mức thiết bị thứ i,kW Ptt,Qtt,Stt : Công suất tác dụng ,phản kháng tồn phần tính tốn nhóm thiết bị,kW,kVAR,kVA; knc : hệ số nhu cầu; n:là số thiết bị nhóm; GVHD: TS.ĐẶNG HỒNG ANH ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN b) Phụ tải làm mát • Để đảm bảo cho khơng gian làm việc thơng thống mát mẻ ta chọn 15 quạt đứng cơng nghiệp có thơng số sau: Model SLS650 • Kiểu: Đứng • Cơng suất(W): 225 • Sải cánh (mm): 650 • Lượng gió (m3/min): 220 • Cấp độ gió: cấp độ • Tần số (Hz): 50 • Độ ồn (Db): 68 • Tốc độ (Rpm): 1400 • Điện áp (V): 220 • Ksd=0,7;cosφ =0,8; • Hãng sản xuất: Điện Hà Nội giá bán 1.480.000 VNĐ Tính tương tự làm mát ta Knc=0,77; Pttlm= 2,598 (kW) ; Qttlm=1,95(kVAr); Sttlm=3,248 (kVA) c,Tổng hợp phụ tải thơng gió làm mát Công suất tác dụng: Ptttglm=Ptttg+Pttlm=2,16+2,598=4,578 (kW) Công suất phản kháng: Qtttglm=Qtttg+Qttlm=1,62+1,95=3,57(kVAr) Cơng suất tồn phần : Stttglm=Stttg+Sttlm=2,7+3,248=5,948(kVA) Dựa vào TCVN 5687 -2010 thơng gió,điều hòa khơng khí tiêu chuẩn thi ết kế GVHD: TS.ĐẶNG HOÀNG ANH ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 1.3.Phụ tải động lực Nguyên tắc phân nhóm thiết bị gần đưa vào nhóm ,đi dây thu ận tiện không chồng chéo - Trong phân xưởng thường có nhiều thiết bị có cơng suất chế độ làm việc khác nhau, muốn xác định phụ tải tính tốn xác cần phải phân nhóm thiết bị điện Việc phân nhóm phải tuân theo nguyên tắc sau: Các thiết bị điện nhóm nên gần để giảm chiều dài đường dây hạ áp Nhờ tiết kiệm vốn đầu tư tổn thất đường dây hạ áp phân xưởng • Chế độ làm việc thiết bị điện nhóm nên gi ống đ ể xác định phụ tải tính tốn xác thuận tiện cho vi ệc lựa chọn phương thức cung cấp điện cho nhóm • Tổng cơng suất nhóm nên xấp xỉ để giảm chủng loại tủ động lực cần dùng phân xưởng Số thiết bị nhóm không nên nhiều số đầu t ng lc thng (8ữ12) Tuy nhiờn thng rt khó thoả mãn tất nguyên tắc Do người thiết kế phải tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể phụ tải để lựa chọn phương án tối ưu phù hợp phương án Dựa vào nguyên tắc phân nhóm điện vào v ị trí, cơng suất c thiết bị bố trí mặt phân xưởng Trong đồ án v ới phân xưởng khí ta biết vị trí, cơng suất đặt chế độ làm việc thi ết b ị phân xưởng nên tính tốn phụ tải động lực phân xưởng sử dụng phương pháp xác định phụ tải tính tốn tính theo hệ số đồng th ời K đt Căn vào sơ đồ mặt phân xưởng ta chia thiết bị thành nhóm :      Nhóm gồm máy Nhóm gồm máy Nhóm gồm máy Nhóm gồm máy Nhóm gồm máy GVHD: TS.ĐẶNG HỒNG ANH ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Nhóm 1: Tên thiết bị Cơng suất đặt(KW) Lò điện kiểu tầng 32,6 Lò điện kiểu tầng 53,79 Bồn đun nước 24,45 nóng Bồn đun nước 35,86 nóng Bồn đun nước 48,9 nóng Thùng tơi 3,586 • Cos φ 0,91 0,91 0,98 Hệ số ksd 0,35 0,35 0,3 Thiết bị sơ đồ 11 0,98 0,3 13 0,98 0,3 14 0,95 0,3 12 1=199,2 KW • Ptt1=.knc (knc=ksd) =32,6.0,35+53,79.0,35+24,45.0,3+35,86.0,3+48,9.0,3+3,586.0,3=64,075KW Cosφtb= = =0,95 Tgφtb=0,33 • Qtt1=Ptt1.tgφtb=0,33.64,075=21,14 (KVar) • Stt1===67,47 (KVA) • Itt1==67,47/(.0,38)=102,5 A GVHD: TS.ĐẶNG HỒNG ANH ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 4.4 Sơ đồ nguyên lý, mặt bằng, mặt cắt trạm biến áp sơ đồ nối đất TBA Sơ đồ nguyên lý -Sơ đồ nguyên lý Hình 9: Sơ đồ nguyên lý máy biến áp GVHD: TS.ĐẶNG HOÀNG ANH ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN -Mặt bằng, mặt cắt trạm biến áp sơ đồ nối đất TBA Hình 10: Trạm kín biến áp Biến áp Đầu cao áp Cáp hạ áp Thanh dẫn cao áp Cửa thơng gió Rãnh cáp Tủ hạ áp Tủ cao áp Rào chắn GVHD: TS.ĐẶNG HOÀNG ANH ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN -Sơ đồ nối đất TBA Hình 11: Sơ đồ bố trí cọc Hình 12: Sơ đồ nối đất TBA 4.5 Nhận xét Khi tính tốn nối đất cho trạm biến áp điện trở đất nhỏ tốt,khi có cố hay có luồng sét đánh vào điện trở đất nhỏ tản dòng sét nhanh, tránh gây nguy hại cho thiết bị GVHD: TS.ĐẶNG HOÀNG ANH ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN TÍNH BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT 5.1 Ý nghĩa việc bù công suất phản kháng Để bù công suất phản kháng cho hệ thống cung cấp điện có th ể sử dụng tụ điện tĩnh, máy bù đồng bộ, động không đồng làm việc chế độ kích thích … ta lựa chọn tụ tĩnh để làm thiết bị bù cho nhà máy Sử dụng b ộ tụ điện có ưu điểm tiêu hao cơng suất tác dụng khơng có phần quay máy bù đồng nên lắp ráp, bảo quản vận hành dễ dàng Tụ điện ch ế tạo thành đơn vị nhỏ, tuỳ theo phát triển phụ tải trình sản xuất mà ghép dần tụ điện vào mạng ến hi ệu suât sử dụng cao bỏ vốn đầu tư lúc Tuy nhiên, tụ ện có số nhược điểm định Trong thực tế với nhà máy, xí nghiệp có cơng suất khơng thật lớn thường dùng tụ điện tĩnh để bù công suất phản kháng nhằm mục đích nâng cao hệ số cơng suât Vị trí đặt thiết bị bù ảnh hưởng nhiều đến hiệu bù Các tụ ện bù đặt THT, cao áp, hạ áp TBAPX, tủ phân ph ối, tủ động lực đầu cực phụ tải lớn Để xác định xác vị trí dung lượng đặt thiết bị bù cần phải tính toán so sánh kinh tế kỹ thuật cho phương án đặt bù cho hệ thống cung cấp điện cụ thể Song theo kinh nghiệm thực tế, trường hợp công suất dung lượng bù công suất phản kháng nhà máy, thiết bị không thật lớn có th ể phân bố dung lượng bù cần thiết đặt hạ áp TBAPX để giảm nhẹ vốn đầu tư thuận l ợi cho công tác quản lý, vận hành 5.2 Tính tốn bù cơng suất phản kháng để cosφ mong muốn sau bù đạt 0,9 Tiến hành bù để nâng cao hệ số công suất Cosφ2=0,9 => tan φ2=0,484 Cosφ1= CosφPX=0,83 => tan φ1=0,672 Qb=Pttpx.( tan φ1- tan φ2)=290,1.(0,672-0,484)=54,54(kVAr) (Tra bảng “Sổ tay ta cứu thiết bị điện từ 0,4-500kV”-Ngô Hồng Quang ) Chọn: Tụ bù có mã hiệu DLE-4D100 K5T DAE YEONG chế tạo có Qb=100(kVAr) GVHD: TS.ĐẶNG HOÀNG ANH ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 5.3 Đánh giá hiệu bù công suất phản kháng Đánh giá hiệu bù công suất phản kháng: Trước bù: ∆P1=R=.2,88.10-4=68,37(kW) ∆P2=R= 2,88.10-4=35,46(kW) Công suất tiết kiệm bù: ∆P=∆P1-∆P2=31,91(kW) Giá trị tiết kiệm đơn vị công suất sau bù là: Ntk===0,603 5.4 Nhận xét đánh giá Bù công suất phản kháng cần thiết để tránh tiền phạt hao hụt hệ số cos TÍNH TỐN NỐI ĐẤT VÀ CHỐNG SÉT 6.1 Tính tốn nối đất Nối đất biện pháp an toàn hệ thống cung cấp ện Đ ối v ới tr ạm biến áp phân phối, hệ thống nối đất có điện trở nối đất Rnd ≤ 4Ω Để nối đất cho trạm biến áp, ta sử dụng điện cực nối đất chôn trực ti ếp đất,các dây nối đất dùng để nối liền phận nối đất với ện cực nối đất Cụ thể ta dự định nối đất với hệ thống nối đất bao gồm cọc nối đất làm thép góc L 60×60×6mm, dài 2,5m chơn thẳng đứng xuống đất theo mạch vòng hình chữ nhật Các cọc chơn cách a = 5m n ối với thép nối có bề rộng 4cm tạo thành mạch vòng n ối đất Các ngang dùng thép dẹt 40x5mm chôn sâu t t = 0,8m GVHD: TS.ĐẶNG HOÀNG ANH ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Hình 13:Sơ đồ bố trí cọc Dự kiến số cọc 20 cọc bố trí hình vẽ trên: Xác định điện trở nối đất cọc Vậy ta áp dụng công thức : Điện trở cọc: R Rc chiều dài cọc l = 2,5(m) Độ chôn sâu cọc tc = tt + = 0,8 + 1,25 = 2,05(m) d = 0,95b = 0,9560 = 57(mm)= 0,057(m) =pđkm = 1201,4 = 168 (Ω m) ( lấy k=1,4 dựa vào bảng 5.2 giáo trình ATD) Thay vào cơng thức ta có: Rc = Điện trở Rt= t=0,8(m) =pđkm = 1201,6 = 192 (Ω m) Lấy km=1,6 5 GVHD: TS.ĐẶNG HOÀNG ANH 5 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN d===20(mm)=0,002(m) l=520=100(m) nối 20 cọc với nhau, cọc cách a=5(m) k=f()==1,5 tra bảng 5.3 K=5,81 thay vào cơng thức ta có: Rt=)=4,62(Ω) Mặt khác ta có số cọc 20 =2 Suy ta tra nc=0,64 nt=0,32 Điện trở điện cực hỗn hợp: R===3,13