Đang tải... (xem toàn văn)
Cung cấp và sử dụng điện năng
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, khu dân cư, thành phố trước tiên người ta phải xây dựng hệ thống cung cấp điện để cung cấp điện năng cho các máy móc và nhu cầu sinh hoạt của con người. Sự phát triển của các ngành công nghiệp và nhu cầu sử dụng điện năng đã làm cho sự phát triển không ngừng của hệ thống điện 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. Bài tập dài này đối với em là một sự tập dượt quý báu trước khi bước vào thực tế khó khăn. Bài tập dài của em là thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy chế tạo máy bay, với đặc thù của loại nhà máy này là có nhiều thiết bị và công đoạn yêu cầu được cung cấp điện liên tục với chất lượng đảm bảo. Trong thời gian làm bài tập được sự giúp đỡ tận tình của thầy Trần Tấn Lợi đã giúp em hoàn thành bài tập dài này. Mặc dù em đã rất cố gắng tìm hiểu, học hỏi tuy nhiên do thời gian có hạn và hạn chế về kiến thức nên bài tập này không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự chỉ bảo của thầy. Hà Nội, ngày 05 tháng 12 năm 2006. Sinh viên thực hiện Lê Đức Huy CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY 1. Tổng diện tích nhà máy. Trong nhà máy sản xuất Máy kéo có nhiều hệ thống phân xưởng khác nhau rất đa dạng, phong phú và phức tạp nh hệ thống phân xưởng luyện kim màu, phân xưởng luyện kim đen, hệ thống phân xưởng gia công … Các hệ thống phân xưởng này mang tính công nghệ cao và hiện đại cần phải được đảm bảo độ an toàn cao về điện lưới tránh các sự cố lưới điện xảy ra gây thiệt hại lớn cho nhà máy. Tổng thể nhà máy có 10 phân xưởng, với tổng công suất đặt là: P =11270(kW) được xây dựng trên diện tích S = 23525(m ) nhà xưởng. Khoảng cách từ trạm biến áp khu vực đến nhà máy 12 km. 2. Các loại hình phụ tải đặc trưng Nhà máy sản xuất máy kéo có đặc điểm công nghệ nh sau: - Các phân xưởng có công suất đặt khá lớn - Các máy móc đều tận dụng ở mức cao, nhà máy tổ chức làm việc 3 ca do đó đồ thị phụ tải tương đối bằng phẳng, hệ số đồng thời của các phụ tải khá cao khoảng 0,85 - 0,9 và hệ số nhu cầu cũng khá cao - Nguồn cung cấp nhà máy được lấy từ trạm biến áp trung gian quốc gia có công suất vô cùng lớn. - Dung lượng ngắn mạch về phía hạ áp của trạm biến áp khu vực 250 MVA - Đường dây cung cấp điện cho nhà máy dùng loại AC 3. Đánh giá về các hộ tiêu thụ. Qua những phân tích, đánh giá các phụ tải của từng phân xưởng và toàn nhà máy ở trên ta thấy các phân xưởng của nhà máy sản xuất máy kéo đều thuộc hộ loại I Dự kiến trong tương lai nhà máy còn được mở rộng và được thay thế, lắp đặt các thiết bị máy móc hiện đại hơn. Do đó, việc thiết kế cấp điện phải đảm bảo sự gia tăng phụ tải trong tương lai về mặt kinh tế và kỹ thuật, phải đề ra phương pháp cấp điện sao cho không gâyquá tải sau vài năm sản xuất cũng như không để qúa dư thừa dung lượng mà sau nhiều năm nhà máy vẫn không khai thác hết công suất dự trữ dẫn đến lãng phí. Bảng 1-1 : Sè liệu các phân xưởng. Số trên mặt bằng Tên phân xưởng Công suất đặt P đ (kW) Diện tích m 2 1 Ban quản lý và phòng thiết kế 80(chưa kể chiếu sáng) 3775 2 Phân xưởng cơ khí số 1 1500 1275 3 Phân xưởng cơ khí số 2 2500 2125 4 Phân xưởng luyện kim màu 2100 3025 5 Phân xưởng luyện kim đen 2300 2600 6 Phân xưởng sửa chữa cơ khí 760 1500 7 Phân xưởng rèn 1350 2100 8 Phân xưởng nhiệt luyện 1500 3150 9 Bộ phận nén khí 1200 1350 10 Kho vật liệu 60 2625 11 Chiếu sáng các phân xưởng Xác định theo d.tích CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH PHÔ TẢI TÍNH TOÁN CỦA CÁC PHÂN XƯỞNG VÀ TOÀN NHÀ MÁY 2.1. Giới thiệu các phương pháp tính toán và phạm vi sử dụng. Phụ tải tính toán là phụ tải không có thực, nó cần thiết cho việc chọn các trang thiết bị CCĐ trong mọi trạng thái vận hành của hệ thống CCĐ. Trong thực tế vận hành ở chế độ dài hạn người ta muốn rằng phụ tải thực tế không gây ra những phát nóng các trang bị CCĐ ( dây dẫn, máy biến áp, thiết bị đóng cắt…) Ngoài ra ở các chế độ ngắn hạn thì nó không được gây tác động cho các thiết bị bảo vệ (ví dụ ở các chế độ khởi động của các phụ tải thì cầu chì hoặc các thiết bị bảo khác không được cắt). Nh vậy phụ tải tính toán thực chất là phụ tải giả thiết tương đương với phụ tải thực tế về một vài phương diện nào đó. Trong thực tế thiết kế người ta thường quan tâm đến hai yếu tố cơ bản do phụ tải gây ra đó là phát nóng và tổn thất và như vậy tồn tại hai loại phụ tải tính toán cần phải được xác định: Phụ tải tính toán theo điều kiện phát nóng và phụ tải tính toán theo điều kiện tổn thất. + Phô tải tính toán theo điều kiện phát nóng: là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi tương đương với phụ tải thực tế biến thiên về hiệu quả nhiệt lớn nhất + Phô tải tính toán theo điều kiện tổn thất: ( thường gọi là phụ tải đỉnh nhọn) là phụ tải cực đại ngắn hạn xuất hiện trong một thời gian ngắn từ 1 đến 2 giây chúng chưa gây ra phát nóng cho các trang thiết bị nhưng lại gây ra các tổn thất và có thể làm nhảy các bảo vệ hoặc làm đứt cầu chì. Trong thực tế phụ tải đỉnh nhọn thường xuất hiện khi khởi động các động cơ hoặc khi đóng cắt các thiết bị cơ điện khác. Một số phương pháp tính phụ tải thường được dùng nhất trong thiết kế hệ thống cung cấp điện: - Phương pháp tính theo hệ số nhu cầu - Phương pháp tính theo 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 đơn vị diện tích sản xuất. 2.2. Xác định phụ tải tính toán cho các phân xưởng trong nhà máy. a. Giới thiệu phương pháp tính phụ tải tính toán. Do số liệu bài cho nên ta tính phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu. Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu nh sau: P = k ; Q = P .tg S = Một cách gần đúng có thể lấy: P đ = P đm Khi đó P = k . Trong đó: P , P : Công suất đặt và công suất định mức của thiết bị thứ i(kW) P ,Q ,S : Công suất tác dụng, phản kháng và toàn phần tính toán của nhóm thiết bị (kW, kVAr, kVA) n: Số thiết bị trong nhóm k : Hệ số nhu cầu của nhóm hộ tiêu thụ đặc trưng tra trong sổ tay kt Phương pháp tính phụ tải tính toán theo hệ số nhu cầu có ưu điểm là đơn giản, thuận tiện. Nhược điểm chủ yếu của phương pháp này là kém chính xác do bởi hệ số nhu cầu tra được trong sổ tay là một số liệu cố định cho trước không phụ thuộc vào chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm máy. b. Ta tính phụ tải tính toán cho phân xưởng cơ khí số 1 Công suất đặt P = 1500(kW) Diện tích F = 1125(m ) Tra bảng PL1-3 Tài liệu: Thiết kế cấp điện của Ngô Hồng Quang được : k = 0,8, cos = 0,7, tg =1,02. Tra bảng PL1-2 được P = 15(W/m ). Công suất tính toán phân xưởng: P = P .k = 1500.0,8 = 1200(kw) Công suất chiếu sáng phân xưởng: P = P .F = 15.3775 = 5662.5(w) = 56.625(kw) Công suất phản kháng tính toán phân xưởng: Q = P .tg = 1200.1,02 = 1224(kVAr) Công suất tính toán toàn phần của toàn phân xưởng: S = = 1718.05(kVA) Dòng điện tính toán của toàn phân xưởng: I = = = 26110.01(A) Các phân xưởng còn lại được tính tương tù nh phan xưởng đúc kim loại đen, số liệu tính toán được ghi ở bảng sau: c. Kết quả tính toán của các phân xưởng. Bảng 2-1: KÕt quả tính toán phụ tải các phân xưởng Tên phân P đặt (kW) F (m 2 ) Tra bảng P ttpx (kW) P cspx (kW) Q ttpx kVAr S ttpx kVA I ttpx (kA) k nc cos tg P 0 W/m 2 Px cơ khí số 1 1500 1275 0,6 0,7 1.02 15 1020 31.5 1040,4 1479,2 2,247 Px cơ khí số 2 2500 2125 0,4 0,6 1,33 15 488 27 649 827,4 1,257 Px luyện kim màu 2100 3025 0,4 0,6 1,33 15 380 32,6 504,4 652,5 0,99 Px luyện kim đen 2300 2600 0,4 0,6 1,33 15 440 26,3 582,2 745,9 1,13 Px sửa chữa cơ khí 760 1500 0,5 0,7 1.02 15 500 30 510 735,5 1,12 Px rèn 1350 2100 0,4 0,6 1,33 15 300 18,8 400 511,5 0,78 Px nhiệt luyện 1500 3150 0,4 0,6 1,33 15 225 60 300,1 414,2 0,63 Px nén khí 1200 1350 0,4 0,7 1,33 15 160 15,3 212,8 322,4 0,49 Kho vật liệu 60 2615 0,4 0,6 1,33 15 240 99 320 466,2 0,71 2.3. Xác định phụ tải tính toán của toàn nhà máy: Công suất tác dụng tính toán của toàn nhà máy: P = k . = 0,8.5662.5 = 4530(kW) Công suất phản kháng tính toán của toàn nhà máy: Q = k . = 0,8.6039,848 = 4831,88(kVAr) Công suất tính toàn phần của toàn nhà máy: = Xác định hệ số cos của toàn nhà máy: cos = = Trong đó: k đt hệ số đồng thời k = 0,8 2.4. Phụ tải xí nghiệp có tính đến sự phát triển trong tương lai. Phụ tải xí nghiệp phát triển trong tương lai có thể tính theo công thức sau: Trong đó: là phụ tải tương lai của xí nghiệp là phụ tải tính toán hiện tại của xí nghiệp là hệ số phát triển phụtải cực đại hàng năm t = 7 năm Vậy ta có: (kVA) 2.5. Xác định trọng tâm phụ tải của toàn xí nghiệp. Chọn tỷ lệ xích m = 10 kVA/mm a. Xác định bán kính biểu đồ phụ tải : R = b. Xác định góc phụ tải chiếu sáng: Kết quả tính toán được ghi trong bảng sau: Bảng 2-2: Giá trị biểu đồ phụ tải TT Tên phân xưởng S (kVA ) P (kW) P (kW ) R(mm) 1 BQL vàP thiết kế 2154,5 16,875 1500 4 11,71 2 PX cơkhí sè1 1479,2 31,5 1020 10,8 9,7 3 PX cơ khí số 2 827,4 27 488 17,68 7,26 4 PX luyện kim màu 652,45 32,625 380 28,46 6,44 5 PX luyện kim đen 745,9 26,25 440 20,27 6,9 6 PX sửa chữa cơ khí 735,53 30 500 20,38 6,84 7 PX rèn 511,47 18,75 300 21,18 5,7 8 PX nhiệt luyện 414,24 60 225,6 95,74 3,63 9 PX nén khí 322,4 11,25 160 23,65 4,53 10 Kho vật liệu 466,17 99 240 105,13 5,45 c. Tính trọng tâm phụ tải xí nghiệp Trong toạ độ xOy ta xác định vị trí đặt trạm PPTT tọa độ đặt trạm được xác định nh sau: X = ; Y = Trong đó: X,Y: là toạ độ tâm của trạm PPTT (m) S : Công suất tính toán phụ tải thứ i (kVA) x ,y : Toạ độ phụ tải thứ i(m) Nhà máy được xét trong một hệ toạ độ vuông góc Bảng 2-3: Xác định trọng tâmphụ tải của xí nghiệp Kí hiệu mặt bằng x (mm) y (mm) S (kvA) x .S y .S X(tt) (m) Y(tt) (m) 1 16 72 2154,5 34472 155124 80 360 2 52 72 1479,2 76918,4 106502,4 260 360 3 15 53 827,4 12411 43852,2 75 265 4 52 53 652,45 33927,4 34579,85 260 265 5 15 38 745,9 11188,5 28344,2 75 190 6 52 38 735,53 389247,56 27950,14 260 190 7 82 38 511,47 41940,54 19435,86 410 190 8 50 25 414,24 9111,5 4555,75 250 125 9 50 8 322,4 16120 2579,2 250 40 10 84 60 466,17 39158,28 27970,2 420 300 Tổng 8077,25 313495,18 450893,8 0 Vậy trọng tâm của nhà máy là điểm: M(38,8; 58,8) CHƯƠNG III THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN TOÀN XÍ NGHIỆP Đây là một nhà máy có quy mô lớn với hàng chục phân xưởng sản xuất, công suất lên tới hàng nghìn kW cho nên hệ thống cấp điện lớn và phức tạp. Để việc cung cấp điện cho nhà máy được đảm bảo liên tục và có độ tin cậy cao ta cần xây dựng trạm phân phối trung tâm cho nhà máy. Như vậy việc đưa ra các phương án cung cấp điện ảnh hưởng rất lớn đến chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật của hệ thống. Một sơ đồ cung cấp điện an toàn và hợp lý phải thoả mãn các yêu cầu cơ bản sau: Đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện Thuận tiện linh hoạt trong vận hành và sửa chữa An toàn cho người và thiết bị khi sử dụng Dễ dàng phát triển khi có yêu cầu mở rộng phụ tải điện. 3.1. Chọn cấp điện áp và xác định vị trí đặt trạm PPTT. 3.1.1. Chọn cấp điện áp cho hệ thống. = = 38,63 (kV) Trong đó : l : khoảng cách trạm biến áp trung gian về nhà máy (km) P : Công suất tính toán của nhà máy (kW) Vậy chọn cấp điện áp cho nhà máy là 35 (kV) 3.1.2. Vị trí đặt trạm phân phối trung tâm. Dùa vào biểu đồ phụ tải toàn nhà máy ta xác định được vị trí đặt trạm PPTT. Vậy vị trí đặt trạm PPTT là: M(38,8; 58,8). Ta nhận thấy vị trí của trạm phân phối trung tâm đặt gần đầu nhà của phân xưởng gia công các chi tiết của động cơ. 3.2. Giới thiệu các sơ đồ cung cấp điện. Sơ đồ cung cấp điện từ trạm biến áp trung gian đến trạm biến áp trung tâm thường là (110/ 35, 22, 10 kV). Tuỳ theo tính chất quan trọng của lưới cung cấp điện mà các trạm trung gian này có thể đặt 1 hoặc 2 máy. Với trạm BATG 1 máy, phía 110 kV dùng DCL – MC 110 kV phía hạ áp (35, 22, 10 kV) dùng sơ đồ 1 hệ thống thanh góp và các máy cắt hợp bộ. Với trạm BATG 2 máy, phía 110 kV dùng sơ đồ cầu. Nếu các máy biến áp thường xuyên phải đóng cắt thì ta dùng sở đồ cầu ngoài, và ngược lại… Từ tính chất quan trọng của các phụ tải trong các phân xưởng và toàn nhà máy, ta chọn sơ đồ cung cấp điện từ trạm BATG đến trạm phân phối trung tâm bằng hai đường dây kép ( trạm 2 máy biến áp ). 3.3. Vị trí, số lượng, dung lượng các trạm biến áp phân xưởng. 3.3.1. Khảo sát vị trí: Dung lượng của MBA , vị trí, số lượng và phương thức vận hành của các trạm biến áp có ảnh hưởng rất lớn đến chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật của hệ thống cung cấp điện. Vì vậy việc lùa chọn các trạm biến áp bao giê cũng gắn liền với việc lùa chọn phương án cung cấp điện. Dung lượng và tham số khác của máy biến áp phụ thuộc vào phụ tải của nó, vào cấp điện áp của mạng, vào phương thức vận hành của máy biến áp…. Vì vậy để lùa chọn trạm biến áp tốt nhất, chúng ta phải xét tới nhiều mặt và phải tính toán so sánh kinh tế – kỹ thuật giữa các phương án đề ra. Trên cơ 35 kV ®Õn tr¹m PPTT 35 kV MCLL ®Õn tr¹m PPTT [...]... t ca cỏc phng ỏn 3.4.1 Kho sỏt: Phng ỏn cung cp in bao gm nhng vn chớnh sau: cp in ỏp , ngun in s ni dõy phng thc vn hnh ú l nhng vn quan trng bi khi xỏc nh ỳng n v hp lý cỏc vn ú s nh hng trc tip ti vic vn hnh, khai thỏc v phỏt huy hiu qu ca h thng cung cp in Sai lm trong khi xỏc nh cỏc phng ỏn cung cp in s gõy hu qu xu v lõu di Do vy vic xỏc nh c phng ỏn cung cp in hp lý nht ta cn phi thu thp... cht h dựng in, trỡnh chuyờn mụn ca cụng nhõn, vn u t S ni dõy thng cú 2 dng sau õy: + S phõn nhỏnh: u im: Vn u t ít Nhc im: tin cy cung cp in khụng cao + S hỡnh tia: u im: Ni dõy rừ rng mi h dựng in c cung cp t một ng dõy do ú ít chu nh hng ln nhau vỡ vy tin cy cung cp in tng i cao d thc hin cỏc phng phỏp bo v v t ng hoỏ, vn hnh v bo qun Nhc im: Vn u t ln 3.4.3 Lựa chn cỏp v dõy dn cho cỏc phng... Vy mỏy ó chn tho món iu kin e Trm bin ỏp B5: - Cung cp cho: PX nhit luyn v B phn nộn khớ S = S +S = 977,64(kVA) - Trm t 2 mỏy: 2.S - Chn mỏy bin ỏp cú dung lng 500(kVA) do cụng ty Thit b in ụng Anh ch to (500-35/0,4) 2.500>977,64 - Kim tra li iu kin quỏ ti MBA khi cú s c xy ra: S =70%.S S = 488,82(kVA) - Vy mỏy ó chn tho món iu kin f Trm bin ỏp B6: - Cung cp cho: kho vt liu v phũng thit k S = S +S... loi khỏc nhau) nờn cú kho d phũng a Trm bin ỏp B1: - Cung cp cho: PX c khớ s 1 S = 2154,5(kVA) - Trm t 2 mỏy: 2.S - Chn mỏy bin ỏp cú dung lng 1250kVA do cụng ty Thit b in ụng Anh ch to (1250-35/0,4) 2.1250>2154,5 - Kim tra li iu kin quỏ ti MBA khi cú s c xy ra: S =70%.S S = 1250(kVA) >1077,25(kVA) - Vy mỏy ó chn tho món iu kin b Trm bin ỏp B2: - Cung cp cho: PX c khớ s 2 S = 1479,2(kVA) - Trm t 2 mỏy:... phng ỏn cung cp in hp lý nht ta cn phi thu thp v phõn tớch y d liu ban u trong ú quan trng nht l d liu ph ti in Mt phng ỏn cung cp in c coi l hp lý nu tho món nhng yờu cu c bn sau: + m bo cht lng in tc l m bo tn s v in ỏp nm trong phm vi cho phộp + m bo tin cy tớnh liờn tc cung cp in phự hp yờu cu ca ph ti + Thun tin trong vn hnh lp rỏp v sa cha + Cú ch tiờu kinh t k thut hp lý 3.4.2 S ni dõy ca... mỏy ó chn tho món iu kin c Trm bin ỏp B3: - Cung cp cho: PX luyn kim mu v luyn kim en S = S +S = 1573,3(kVA) - Trm t 2 mỏy: 2.S - Chn mỏy bin ỏp cú dung lng 1000kVA do cụng ty Thit b in ụng Anh ch to (1000-35/0,4) 2.1000>1573,3 - Kim tra li iu kin quỏ ti MBA khi cú s c xy ra: S =70%.S S = 1000(kVA) >786,65(kVA) - Vy mỏy ó chn tho món iu kin d Trm bin ỏp B4: - Cung cp cho: PX sa cha c khớ v rốn S = S +S... cú th so sỏnh kinh t k thut chn v trớ s lng dung lng trm bin ỏp trong nh mỏy V trớ cỏc trm bin ỏp phõn xng phi tho món cỏc iu kin sau: + An ton v liờn tc cp in + Gn trung tõm ph ti thun tin cho ngun cung cp i ti + Thao tỏc vn hnh qun lý d dng + Phũng n chỏy bi bm khớ n mũn + Tit kim vn u t v chi phớ vn hnh nh 3.3.2 B trớ cỏc trm bin ỏp: + Trm B cp in cho phõn xng c khớ s 1 + Trm B cp in cho phõn xng... mt khi lng kim loi mu ln Do ú nu thi gian s dng cụng sut cc i T lỳc ú chn dõy dn theo mt dũng in khụng i s cú tn tht cụng sut nh Phng ỏn 1: Hỡnh tia 2 2 4 1 1 TPPTT 3 5 6 b b b b b 6 6 6 6 6 8 9 Hướng điện đến 10 7 a Chn tit din dõy dn t trm bin ỏp trung gian v trm PPTT di 12km: - Ta dựng lộ kộp, loi dõy AC - Vi dõy AC v T = 3400h tra bng ta c mt dũng in kinh t J = 1,1 (A/mm ) - Dũng in lm vic ln nht... Chi phớ phng ỏn 1 l: Thnh tin () 30,0.10 12,0.10 30,0.10 15.10 67,5.10 60,0.10 Tng () 214,5.10 Z = (0,1+0,2)214.500.000+750.23,38.3411 = 124.176.676 Phng ỏn 2: 2 B 1 2 B4 4 B 6 8 TPPTT B1 6 B9 9 Hướng điện đến B3 10 5 3 7 a Chn cỏp t trm PPTT n trm bin ỏp B2: - Dũng in lm vic ln nht ca cỏp l: I = 30(A) - Vi cỏp ng v T = 3400h tra bng ta c: J = 3,1(A/mm ) - Tit din tớnh toỏn ca cỏp dn l: F = = 9,7(mm... xng ta dựng dõy cỏp ng XLPE cú tit din 50(mm ) T trm PPTT n cỏc trm bin ỏp ta dựng 2 si song song u cho 2 MBA ca mi trm 2xlpe(3.50) B6 2xlpe(3.50 ) B2 B4 4 6 2 B8 2xlpe(3.50) TPPTT 8 9 B 2ac70 1 1 Hướng điện đến 2xlpe(3.50) B 5 3 5 10 7 3.6 Lựa chn s trm phõn phi trung tõm v trm bin ỏp phõn xng: 3.6.1 Trm phõn phi trung tõm Trm lm nhim v nhn in ỏp t trm trung gian quc gia cp in ỏp 35kV ti õy in ỏp c