Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng cơ khí

Khóa luận tốt nghiệp BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƢỞNG CƠ KHÍ GVHD NGUYỄN HUY KHIÊM SVTH NGUYỄN KHÁNH TOÀN MSSV 14086591 LỚP DHDI10A TPHCM,ngày tháng năm 2018 ii i PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1 Họ và tên sinh viên nhóm sinh viên đƣợc giao đề tài Họ và tên Nguyễn Khánh Toàn Mssv 14086591 Tên đề tài THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƢỞNG CƠ KHÍ 2 Nội dung Giới thiệu chung về nhà m.

QUAN THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN VÀ GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Tổng quan về thiết kế cung cấp điện

1.1.1 Tầm quan trọng của thiết kế cấp điện Điện năng ngày càng đƣợc sử dụng rộng rãi và đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ cũng nhƣ trong đời sống Điều đó đòi hỏi công việc tính toán, thiết kế, lắp đặt các công trình cung cấp điện phải đƣợc chuẩn hóa, đảm bảo việc cấp điện cho hộ tiêu thụ an toàn, tin cậy và các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật khác

1.1.2 Những yêu cầu cơ bản của thiết kế cấp điện

Bất kì một bản thiết kế cấp điện nào, cho bất kì đôi tƣợng điện nào, cũng cần thỏa mãn các yêu cầu sau đây:

- Độ tin cậy cấp điện

Đảm bảo liên tục cấp điện cho hộ tiêu thụ là yếu tố quan trọng, phụ thuộc vào tính chất và yêu cầu của phụ tải Đối với các công trình quan trọng cấp quốc gia, cần duy trì điện năng ở mức cao nhất để không xảy ra mất điện trong bất kỳ tình huống nào Đối với các đối tượng kinh tế như nhà máy và xí nghiệp, việc sử dụng máy phát điện dự phòng là giải pháp tối ưu, giúp cung cấp điện cho các phụ tải quan trọng khi xảy ra sự cố mất điện.

Chất lượng điện được đánh giá qua hai chỉ tiêu chính là tần số và điện áp Tần số, được điều chỉnh bởi cơ quan quản lý hệ thống điện quốc gia, tại Việt Nam thường duy trì trong khoảng 49,5 – 50,5 Hz Các nhà thiết kế cần đảm bảo chất lượng điện áp cho khách hàng, trong khi lưới điện trung áp cho phép dao động trong một khoảng nhất định Đối với các xí nghiệp và nhà máy yêu cầu chất lượng điện áp cao, mức dao động cũng được quy định chặt chẽ.

Để đảm bảo an toàn cho người lao động và thiết bị trong toàn bộ công trình, người thiết kế cần tính toán chính xác và lựa chọn thiết bị phù hợp Ngoài ra, họ cũng phải nắm vững các quy định về an toàn và quy phạm cần thiết trong quá trình thực hiện công trình Việc hiểu rõ môi trường lắp đặt hệ thống cấp điện và đặc điểm của đối tượng cấp điện là rất quan trọng.

Trong quá trình thiết kế, nhiều phương án được đưa ra, mỗi phương án đều có ưu và nhược điểm riêng, thường xuyên tạo ra mâu thuẫn giữa yếu tố kinh tế và kỹ thuật Phương án có chi phí cao thường mang lại độ tin cậy và chất lượng điện tốt hơn Để đạt được sự hài hòa giữa hai yếu tố này, việc nghiên cứu kỹ lưỡng là cần thiết để lựa chọn phương án tối ưu.

Ngoài 4 yêu cầu trên, người thiết kế cần lưu ý sao cho hệ thống cấp điện thật đơn giản, dễ thi công, dễ vận hành, dễ sử dụng và dễ phát triển.

Giới thiệu đề tài

1.2.1 Giới thiệu về phân xưởng cơ khí

Phân xưởng cơ khí đóng vai trò then chốt trong quy trình sản xuất của nhà máy cơ khí công nghiệp, là yếu tố quan trọng để tạo ra sản phẩm công nghiệp hoàn chỉnh Với việc chuyên môn hóa vào một loại sản phẩm, phân xưởng này phát huy tối đa sức mạnh của mình, góp phần vào sự phát triển chung của ngành công nghiệp trong nước.

Nhà máy cơ khí sở hữu nhiều hệ thống máy móc đa dạng, phong phú và phức tạp, với công nghệ cao và hiện đại.

Do vậy mà việc cung cấp điện cho nhà máy phải đảm bảo chất lƣợng và độ tin cậy cao

Theo quy trình trang bị điện và công nghệ của nhà máy, việc ngừng cung cấp điện có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng sản phẩm, dẫn đến thiệt hại cho nền kinh tế quốc dân Do đó, nhà máy được phân loại là phụ tải loại II, yêu cầu phải đảm bảo cung cấp điện liên tục và an toàn.

Phân xưởng sửa chữa cơ khí có kích thước 50m chiều dài, 40m chiều rộng và 7m chiều cao, với tổng cộng 111 thiết bị được liệt kê trong bảng Tổng công suất của các thiết bị này đạt 967 kW, và hệ số sử dụng của từng loại máy cũng được trình bày chi tiết trong bảng.

3 của các nhóm (tra theo sách hướng dẫn đồ án môn học Thiết Kế Cung Cấp Điện bảng 1.1 trang 11)

Phụ tải điện trong nhà máy công nghiệp có thể phân ra làm 2 loại phụ tải:

Phụ tải động lực thường hoạt động trong chế độ dài hạn với điện áp yêu cầu cho thiết bị là 380V Công suất của phụ tải này dao động từ 1 đến hàng chục kW và được cung cấp bởi dòng điện xoay chiều có tần số fPHz.

Phụ tải chiếu sáng thường là loại phụ tải 1 pha với công suất nhỏ, có đặc điểm là ổn định và ít biến đổi Loại phụ tải này thường sử dụng dòng điện xoay chiều với tần số 50Hz.

STT Tên thiết bị Số lƣợng P đm

4 Bảng 2.1: Các thiết bị trong phân xưởng

6 Dầm treo có Palang điện 5 15 0.6 0.65

13 Máy mài tròn vạn năng 7 6 0.72 0.6

5 Hình 1 1: Sơ đồ mặt bằng phân xưởng cơ khí

1.2.2 Yêu cầu cung cấp điện cho phân xưởng cơ khí

Mục tiêu chính của thiết kế cung cấp điện là đảm bảo rằng hộ tiêu thụ luôn có đủ điện năng với chất lượng nằm trong giới hạn cho phép.

Một phương án cung cấp điện cho xí nghiệp được xem là hợp lý khi thỏa mãn những yêu cầu sau:

+Vốn đầu tƣ nhỏ, chú ý đến tiết kiệm đƣợc ngoại tệ quý và vật tƣ quý

+Đảm bảo độ tin cậy cấp điện cao tùy theo tính chất hộ tiêu thụ

+Chi phí vận hành hàng năm thấp

+Đảm bào an toàn cho người thiết bị

+Thuận tiện cho việc vận hành và sửa chữa

Để đảm bảo chất lượng điện năng, cần kiểm soát độ lệch và độ dao động điện áp ở mức tối thiểu, nằm trong phạm vi giá trị cho phép so với định mức.

Khi thiết kế hệ thống cung cấp điện, các yêu cầu thường mâu thuẫn nhau, vì vậy người thiết kế cần cân nhắc và kết hợp hài hòa dựa trên từng trường hợp cụ thể Trong quá trình lập kế hoạch, cần chú ý đến các vấn đề chính để đảm bảo hiệu quả và an toàn cho hệ thống.

+Xác định vị trí và khả năng cung cấp điện của các điểm nguồn Lựa chọn cấp điện áp của nguồn cấp

Xác định vị trí và tải trọng của các hộ tiêu thụ trên bản vẽ phân bố phụ tải là bước đầu tiên quan trọng Tiếp theo, cần lựa chọn các phương pháp chắp nối và đi dây phù hợp, được thể hiện rõ ràng trên bản vẽ Cuối cùng, việc tìm hiểu quy trình và quy phạm liên quan đến trang bị điện là cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong lắp đặt hệ thống điện.

Nghiên cứu các chủ trương và chính sách phát triển kinh tế xã hội của nhà nước đối với từng địa phương, khu vực hoặc xí nghiệp là rất quan trọng Việc này cần xác định rõ các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật hợp lý để đảm bảo sự phát triển bền vững và hiệu quả.

THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG CHO PHÂN XƯỞNG CƠ KHÍ

Lý thuyết tính toán chiếu sáng

Các đâị lƣợng và đơn vị cơ bản trong tính toán chiếu sáng

Quang thông là thông lƣợng hữu ích trong hệ ánh sáng Hay là lƣợng ánh sáng phát ra từ 1 nguồn sáng Kí hiệu , đơn vị lumen (lm)

Mật độ quang thông rơi trên bề mặt đƣợc chiếu sáng gọi là độ rọi

Kí hiệu E, đơn vị lux (lx)

Giới thiệu đèn natri cao áp

Đèn natri cao áp cho ánh sáng trắng ấm, nhiệt độ màu từ 2000 – 2500 o K Ƣu điểm: quang hiệu cao (hiệu xuất phát sáng 80 – 140 lm/W) tuổi thọ lớn

24000 giờ Nhiệt độ màu thấp,dễ chịu ở mức độ rọi thấp

Nhược điểm của sản phẩm là chỉ số màu thấp, điều này ảnh hưởng đến độ trung thực của màu sắc khi được chiếu sáng Tuy nhiên, sản phẩm này thường được ứng dụng ở những nơi mà yếu tố kinh tế được ưu tiên hơn so với yêu cầu về độ chính xác trong cảm nhận màu sắc.

Yêu cầu, nguyên tắc, tiêu chuẩn và lựa chọn thông số của chiếu sáng nhân tạo 8

Yêu cầu hệ thống chiếu sáng

+Độ rọi không đổi trên bề mặt làm việc theo thời gian

+Đảm bảo trong tầm nhìn không có những mặt chói lớn

Các nguyên tắc và tiêu chuẩn chiếu sáng nhân tạo trong công nghiệp:

+Độ chính xác của công việc và hệ số phản xạ của bề mặt làm việc

+Hạn chế sự kéo dài độ căng thẳng trong thời gian làm việc

Các thông số kỉ thuật của hệ chiếu sáng

+Các yêu cầu vệ sinh

+Các yêu cầu an toàn lao động

Lựa chọn các thông số

Nghiên cứu về đối tƣợng chiếu sáng gồm các góc độ :

+Hình dạng, kích thước, các bề mặt, các hệ số phản xạ các bề mặt, màu sơn, đặc điểm và sự phân bố các đồ đạc, thiết bị,

+Mức độ bụi, ẩm, rung, ảnh hưởng của môi trường

+Đặc tính cung cấp điện(nguồn một pha, ba pha)

+Các khả năng và điều kiện bảo trì

Chọn hệ chiếu sáng bị ảnh hưởng bởi :

Hình 2.1: Đèn natri áp suất cao

+Yêu cầu của đối tƣợng chiếu sáng

+Đặc điểm, cấu trúc căn nhà và sự phân bố của thiết bị

+Khả năng, kinh tế, điều kiện bảo trì

Lựa chọn độ rọi yêu cầu phụ thuộc vào:

+Loại công việc, kích thước các vật, sự sai biệt của các vật và hậu cảnh

+Mức độ căng thẳng của công việc

+Lứa tuổi người sử dụng

+Hệ chiếu sáng: chung, chung đều, chung cục bộ

Chọn nguồn sáng phụ thuộc vào:

+Nhiệt độ màu đƣợc chọn theo biểu đồ Kruithof

+Các tính năng của nguồn sáng: đặc tính điện(điện áp, công suất), kích thước, hình dạng bóng đèn, đặc tính ánh sáng, màu sắc, tuổi thọ đèn

+Mức độ sử dụng(liên tục hay gián đoạn)

Chọn bộ đèn dựa trên:

Môi trường xung quanh đóng vai trò quan trọng trong việc phân bố ánh sáng và giảm độ chói Các yêu cầu về ánh sáng được xác định theo tiêu chuẩn IEC, giúp phân chia các cấp độ đèn một cách hợp lý.

Lựa chọn chiều cao treo đèn phụ thuộc vào:

+Đặc điểm của môi trường

Phân bố các bộ đèn dựa trên các yếu tố :

+Phân bố cho độ rọi đồng đều và tránh chói

+Đăc điểm kiến trúc của đối tƣợng và phân bố đồ đạc

+Thỏa mãn yêu cầu về khoảng cách tối đa giữa các dãy và giữa các đèn trong một dãy Dễ dàng vận hành và bảo trì

Thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng

-Diện tích ( ) Bước 2: Màu sơn :

+Trần : thạch cao hệ số phản xạ trần : tr = 0.8

+Tường : vàng nhạt hệ số phản xạ tưởng : tg = 0.7

+ Sàn : xi măng hệ số phản xạ sàn : lv = 0.3

Bước 3: Độ rọi yêu cầu : E tc = 400 (lx)

Bước 4: Chọn hệ chiếu sáng : chiếu sáng trực tiếp ( chung đều )

Bước 5: Chọn khoảng nhiệt độ màu : T m = 3000 – 4800 ( o k)

Bước 6: Chọn bóng đèn : loại natri cao áp

R a = 25 P đ = 250 (W) d = 28000 (lm) Bước 7: Chọn bộ đèn loại : natri cao áp

Cấp độ đèn : D hiệu suất : η = 0.7

Số đèn /1 bộ: 1 bóng / 1 bộ quang thông : = 28000 (lm ) Bước 8: Phân bố các bộ đèn :

Bề mặt làm việc : ( ) Chiều cao treo đèn sao với bề mặt làm việc : 5 (m) Bước 9: Chỉ số địa điểm

Bước 10: Hệ số bù : vì xưởng cơ khí mức độ bụi sẽ ở khoảng trung bình

Ta tra bảng PL5.2.2 ( Sách Đồ án môn học Thiết kế cung cấp điện) Chọn d 1,25

Bước 12: Hệ số sử dụng :

Tra bảng phụ lục trang 141(sách thiết kế cung cấp điện của Phan Thanh Bình - Dương Lan Hương -Phan Thị Thu Vân)

Với chỉ số địa điểm K = 4, hệ số phản xạ của trần, tường và sàn lần lượt là 0.8, 0.7 và 0.3 Theo bảng hệ số có ích bộ đèn cho cấp chiếu sáng trực tiếp, giá trị u d được xác định là 1.15, trong khi u i bằng 0 cho chế độ chiếu sáng trực tiếp.

Bước 14: Xác định số bộ đèn:

Kết luận: Chọn 48 bộ đèn

Bố trí số bóng đèn ta chia làm 6 hàng và 8 cột

Bước 15: Kiểm tra sai số qua thông :

Phù hợp trong khoảng cho phép (-10% đến +20%)

Bước 16: Kiểm tra độ rọi trung bình trên bề mặt làm việc :

Bước 17: Phân bố bộ đèn :

Với a = 40(m), b P (m) và tổng số bóng đèn 48 chia làm 6 hàng 8 cột ta tính đƣợc:

Bước 18: Xác định phụ tải chiếu sáng:

Công suất tác dụng tính toán tổng :

P ttcs = N bộđèn nbóng/1bộđèn (Pđèn + P ballast )

Công suất phản kháng tổng : cos = 0.55 => tg = 1,52

Q ttcs = P ttcs tg = 13.2 1.52 = 20.1( kVar ) Công suất tính toán toàn phần tổng

√ √ ( ) Dòng điện tính toán tổng:

Công suất tác dụng tính toán từng nhánh:

P ttcs = N bộđèn nbóng/1bộđèn (Pđèn + P ballast )

Công suất phản kháng từng nhánh :

( ) Công suất toàn phần nhánh :

Dòng điện tính toán nhánh:

( ) Bước 19: Lựa chọn dây , CB

Chọn dây và CB cho nhánh

I tt = I tt nhánh 18(A) Chọn cáp ruột đồng CVV, cách điện PVC, vỏ PVC lớp bảo vệ, lắp trên trần nhà (trên không), phương thức đi dây kiểu E, cáp 2 lõi

Tìm K1: Lắp dây trên trần T@ 0 C :K 1 =0,87

Tìm K2: Số dây 1(2 lỗi), khay dặt ngang :K 2 =1

( ) Tra bảng G21a trang G16 ( sách Hương dẫn thiết kế lắp đắt điện theo tiêu chuẩn IEC) ) chọn dây co tiết diện 2.5 mm 2 , I z % (A)

Chọn CB: Ta chọn hệ số an toàn K s = 1,2

I CB nhánh = I tt K s = 18.18 1.2 !.8(A) Tra bảng phụ lục trang 123( Sách Thiết kế cung cấp điện của Dương Lan Hương) chọn CB: ICB%(A)

XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CHO NHÀ MÁY CƠ KHÍ

Định nghĩa phụ tải tính toán

Phụ tải tính toán là phụ tải giả định lâu dài và không thay đổi, tương đương với phụ tải thực tế về hiệu ứng nhiệt Nó có khả năng làm nóng dây dẫn đến nhiệt độ tối đa mà phụ tải thực tế gây ra.

Việc lựa chọn thiết bị điện dựa trên phụ tải tính toán giúp đảm bảo an toàn cho các thiết bị điện trong mọi trạng thái vận hành, đặc biệt là về mặt phát nóng Phụ tải tính toán là một số liệu quan trọng và cơ bản, đóng vai trò then chốt trong thiết kế và cung cấp điện hiệu quả.

Xác định phương pháp tính phụ tải tính toán của phân xưởng cơ khí

Trong quá trình thiết kế, chúng ta nhận được thông tin chính xác về bố trí máy móc, công suất và quy trình công nghệ của từng thiết bị trong phân xưởng.

Chúng ta có thể phân chia phụ tải thành các nhóm và xác định phụ tải cho từng nhóm, từ đó tính toán phụ tải tổng cho toàn bộ phân xưởng sửa chữa cơ khí.

Các thiết bị và chế độ làm việc đồng bộ giúp xác định phụ tải tính toán một cách chính xác, từ đó thuận tiện cho việc lựa chọn phương thức cung cấp điện phù hợp cho nhóm.

Đặt các thiết bị gần nhau giúp giảm chiều dài đường dây hạ áp, từ đó tiết kiệm vốn đầu tư và giảm tổn thất trên các đường dây hạ áp trong phân xưởng.

Công suất của các nhóm thiết bị nên được giữ ở mức tương đồng để thuận tiện cho việc lựa chọn thiết bị (CB) và dây dẫn, giúp quá trình này trở nên đơn giản và gọn gàng hơn.

Việc đáp ứng đầy đủ các nguyên tắc thiết kế thường gặp nhiều khó khăn Do đó, người thiết kế cần linh hoạt lựa chọn phương án tối ưu và phù hợp với từng điều kiện cụ thể.

P điện: công suất điện, công suất đầu vào của thiết bị ( KW )

P đm: công suất cơ, công suất đầu ra khi kéo tải ( KW) η : hiệu suất của thiết bị

S: công suất biểu kiến [kVA]

√ Tổng công suất tác dụng của nhóm:

Ptt: công suất điện tổng của nhóm ( KW )

Pđ: công suất điện của thiết bị ( KW ) ks: hệ số đồng thời n : số lƣợng thiết bị ksd: hệ số sử dụng của thiết bị

Tổng công suất phản kháng của nhóm:

Q tt : công suất phản kháng tổng của nhóm ( kVAR )

Q đ : công suất phản kháng của thiết bị ( kVAR )

Công suất biểu kiến tổng của nhóm

Dòng tính toán tổng của nhóm

Hệ số công suất tổng.

Tính toán phụ tải cho các nhóm

Dựa trên các nguyên tắc và sơ đồ phân bố thiết bị trong phân xưởng sửa chữa cơ khí, chúng ta có thể phân chia phân xưởng thành nhiều nhóm khác nhau.

Ký hiệu trên mặt bằng

Bảng 3.1: Danh sách thiết bị nhóm 1

Tra bảng hệ số đồng thời theo tiêu chuẩn IEC ( hình A.12 trang A18 sách Thiết kế lắp đặc điện theo tiêu chuẩn IEC) ta có: K s = 0.6

+ Công suất tác dụng nhóm 1:

+ Công suất phản kháng nhóm 1:

+ Công suất toàn phần nhóm 1:

√ √ ( ) + Dòng điện tính toán nhóm 1:

√ ( ) + Hệ số công suất nhóm 1 :

+ Công suất phản kháng nhóm 2:

+Công suất toàn phần nhóm 2:

+ Dòng điện tính toán của nhóm 1:

√ ( ) + Hệ số công suất của nhóm 2 :

18 Dầm treo có palang điện 3.18 1 15 25 29.23 38.46 0.6 0.65 0.7

+ Công suất phản kháng của nhóm 3:

) ( ) + Công suất toàn phần của nhóm 3:

√ √ ( ) + Dòng điện tính toán của nhóm 3:

+ Công suất toàn phần của nhóm 4:

1 Máy mài tròn vạn năng 5.1 1 6 8.33 11.25 14 0.72 0.6 0.77

) ( ) + Công suất phản kháng của nhóm 5:

+ Công suất toàn phần của nhóm 5:

TT Tên thiết bị Ký hiệu

Máy mài tròn vạn năng

Bảng 3.6: Danh sách thiết bị nhóm 6 Để tính toán ta áp dụng công thức: ;

+ Công suất tính toán nhóm 6:

+ Công suất biểu kiến của nhóm 6:

Phụ tải tính toán của toàn phân xưởng

Sau khi tính toán ta lập đƣợc bảng sau:

Bảng 3.7: Tổng hợp phụ tải tỉnh toán của 6 nhóm

Tra bảng hệ số đồng thời theo tiêu chuẩn IEC ( hình A.12 trang A18 sách Thiết kế lắp đặc điện theo tiêu chuẩn IEC)

Ta có số nhóm thiết bị đƣợc chia làm 6 nhóm: K S =0.7

TT Tên nhóm Số lƣợng

+ Phụ tải tính toán tác dụng toàn phân xưởng :

( ) +Phụ tải tính toán phản kháng toàn phân xưởng:

( ) + Phụ tải toàn phần của toàn phân xưởng :

√ √ ( ) Dòng điện tính toán của toàn phân xưởng:

+ Hệ số công suất của toàn phân xưởng:

XÁC ĐỊNH TÂM PHỤ TẢI CỦA PHÂN XƯỞNG

Sơ đồ mặt bằng bố trí thiết bị

Hình 4.1: Sơ đồ mặt bằng phân bố thiết bị trên mặt bằng

Xác định tâm phụ tải

Ý nghĩa của tâm phụ tải

Tâm phụ tải là vị trí lý tưởng trên mặt bằng phụ tải để đặt trạm biến áp hoặc tủ phân phối, giúp giảm thiểu tổn thất điện năng và chi phí về kim loại màu.

Vị trí xác định tâm phụ tải phải đảm bảo yêu cầu sau:

+Trạm phải gần tâm phụ tải

+Không ảnh hưởng đến giao thông và mỹ quan trong xí nghiệp

Trên sơ đồ mặt bằng nhà máy, việc vẽ hệ tọa độ xoy và xác định vị trí trọng tâm của các phân xưởng tại (x i ,y i ) sẽ giúp xác định tọa độ tối ưu M(x,y) để đặt trạm PPTT.

∑ Với: P i : là công suất tác dụng ở phụ tải thứ i

X i và Y i : Hoành độ và tung độ của phụ tải thứ i

4 3 Xác định tâm phụ tải cho từng nhóm thiết bị

STT Ký hiệu trên mặt bằng X i Y i P đmi X i * P đmi Y i * P đmi

Bảng 4.1: Tọa độ các thiết bị nhóm 1 trên mặt bằng

Vậy tâm phụ tải của nhóm 1 tại điểm: M1(8.5; 29.5) Để thuận tiện cho việc đi dây ta dời tủ động lực 1 về tọa độ: M1 * ( 8.5; 0)

Vậy tâm phụ tải của nhóm 5 tại điểm: M2(25.32; 29.5) Để thuận tiện cho việc đi dây ta dời tủ động lực 2 về tọa độ: M2 * (25.32; 40 )

STT Ký hiệu trên mặt bằng Xi Yi Pđmi Xi* Pđmi Yi* Pđmi

Vậy tâm phụ tải của nhóm 3 tại điểm: M3(43.14 ; 30.33) Để thuận tiện cho việc đi dây ta dời tủ động lực 3 về tọa độ: M3 * ( 43.14 ;40)

Xi Yi Pđmi XiPđmi Yi* Pđmi

Vậy tâm phụ tải của nhóm 4 tại điểm: M4(17.33 ; 10.12) Để thuận tiện cho việc đi dây ta dời tủ động lực 4 về tọa độ: M4 * (9.5 ; 0)

STT Ký hiệu trên mặt bằng Xi Yi Pđmi Xi* Pđmi Yi* Pđmi

Bảng 4 5: Tọa độ các thiết bị nhóm 5 trên mặt bằng

Vậy tâm phụ tải của nhóm 5 tại điểm: M5(25.32; 8.86) Để thuận tiện cho việc đi dây ta dời tủ động lực 5 về tọa độ: M5 * (25.32 ; 0 )

Vậy tâm phụ tải của nhóm 6 tại điểm: M6 (41.5; 8.86) Để thuận tiện cho việc đi dây ta dời tủ động lực 6 về tọa độ: M6 * (41.45: 0 )

Sơ đồ bố trí tủ phân phối chính và các tủ động lực

Xác định tâm phụ tải trung tâm:

Bảng 4.7:Tọa độ các tủ động lực

Vậy tâm phụ tải trung tâm tại điểm co tọa độ M(26.8; 20.7) Để thuận tiện cho việc đi dây ta dời tủ phân phối chính về tọa độ: M(15; 0)

Để đảm bảo tính thẩm mỹ, an toàn cho người vận hành và công nhân, cũng như dễ dàng trong việc đi dây và tiết kiệm chi phí, chúng ta nên sắp xếp các tủ động lực của các nhóm và tủ động lực chính theo sơ đồ đã được thiết kế.

39 Hình 4.2: Sơ đồ bố trí tủ phân phối chính và các tủ động lực

CHỌN CÔNG SUẤT MÁY BIẾN ÁP, MÁY PHÁT DỰ PHÕNG CHO PHÂN XƯỞNG

Các đặc điểm khi chọn số lƣợng, công suất máy biến áp

Trong sơ đồ cung cấp điện máy biến áp có vai trò quan trọng, làm nhiệm vụ biến đổi điện áp và truyền tải công suất

Người chế tạo máy biến áp có nhiều kiểu dáng, kích thước và chủng loại khác nhau Khi thiết kế, cần căn cứ vào đặc điểm của đối tượng sử dụng điện để lựa chọn máy biến áp phù hợp.

Lựa chọn máy biến áp bao gồm : chọn số lƣợng, công suất, chủng loại, kiểu dáng và các tính năng khác của máy biến áp

Số lƣợng và công suất máy biến áp đƣợc đƣợc xác định theo các tiêu chuẩn kĩ thuật sau:

- Có sự an toàn và liên tục cung cấp điện

- Vốn đầu tƣ bé nhất

- Chi phí vận hành hàng năm bé nhất

Chi phí vận hành hàng năm bao gồm một phần quan trọng là tổn thất điện năng, xảy ra cả trong máy biến áp và trên đường dây Tổn thất này ảnh hưởng đáng kể đến tổng chi phí vận hành máy biến áp.

Vị trí đặt trạm biến áp

Vị trí của trạm biến áp đóng vai trò quan trọng trong việc xác định các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của mạng điện Nếu trạm biến áp đặt quá xa phụ tải, điều này có thể gây ra giảm chất lượng điện áp và tăng tổn thất điện năng Ngược lại, nếu phụ tải phân tán, việc lắp đặt nhiều trạm biến áp gần các phụ tải sẽ làm tăng số lượng trạm và chi phí cho đường dây cung cấp, từ đó giảm hiệu quả kinh tế Thông thường, vị trí trạm biến áp được lựa chọn ở gần, bên ngoài hoặc bên trong phân xưởng để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.

Vị trí của trạm biến áp cần phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản sau :

+ An toàn và liên tục cấp điện

+ Gần trung tâm phụ tải, thuận tiện cho nguồn cung cấp đi tới

+ Thao tác, vận hành, quản lý dễ dàng

+ Tiết kiệm vốn đầu tƣ và chi phí vận hành nhỏ

+Bảo đảm các điều kiện khác như cảnh quan môi trường, có khả năng điều chỉnh cải tạo thích họp, đáp ứng đƣợc khi khẩn cấp

+Tổng tổn thất cồng suất trên các đường dây là nhỏ nhất.

Các phương án lựa chọn số lượng, công suất máy biến áp

Việc chọn số lượng máy biến áp (MBA) cho các phân xưởng rất quan trọng trong việc xây dựng sơ đồ cung cấp điện hợp lý Thông thường, lắp đặt một MBA cho mỗi trạm là phương án tối ưu, giúp tiết kiệm đất đai, đơn giản trong vận hành và giảm chi phí Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của phương án này là độ an toàn trong cung cấp điện không cao Do đó, để đưa ra quyết định cuối cùng, chúng ta cần xem xét hai phương án khác nhau.

Chọn máy biến áp trước khi bù công suất phản kháng

Ta có: công suất phản kháng trước khi bù: ( ) Điều kiện lựa chọn máy máy biến áp:

Trong đó : SđmB : Công suất định mức của máy biến áp

K qt : Hệ số quá tải ( K qt = 1,4 trong nhà máy)

Phương án 1: chọn 1 MBA cung cấp điện cho phân xưởng:

Chọn theo biểu thức sau:

Chọn MBA 3 pha có công suất : 750 (kVA)- 15kV, 22kV / 0,4kV

Phương án 2: chọn 2 MBA cung cấp điện cho phân xưởng:

Chọn theo biểu thức sau:

( ) Chọn 2 MBA 3 pha có công suất 560 (kVA) -15kV, 22kV / 0,4kV

Tra bảng phụ lục 1 trang 98( Sách thiết kế cung cấp điện của Phan Thanh Binh- Dương Lan Hương- Phan Thị Thu Vân) mấy biến thế ĐÔNG ANH

Dòng điện không tải(%) Điện áp ngắn mạch Uk(%)

Bảng 5 1: Thông số máy biến áp chọn trước khi bù

So sánh chi phí kinh tế giữa hai phương án, ta nhận thấy rằng phương án sử dụng một máy biến áp có chi phí thấp hơn so với phương án sử dụng hai máy biến áp, từ đó cho thấy sự hiệu quả trong việc đầu tư và xây dựng trạm.

Phương án 1 với một máy biến áp mang lại lợi ích về tính đơn giản trong xây dựng và vận hành Tuy nhiên, phương án 2 sử dụng hai máy biến áp lại đảm bảo tính liên tục trong việc cung cấp điện Để khắc phục nhược điểm của phương án 1, có thể sử dụng máy phát điện dự phòng.

Từ những so sánh về mặt kinh tế - kỹ thuật, ta quyết định lựa chọn một máy biến áp dung lƣợng 750 kVA kèm theo máy phát dự phòng.

Chọn máy phát điện dự phòng

Để đảm bảo tính liên tục cung cấp điện với phương án chọn máy biến áp trên ta chọn thêm máy phát dự phòng cho phân xưởng

Máy phát dự phòng đƣợc chọn theo công suất tiêu thụ của tải các tải mang tính chất quan trọng

Phân xưởng cơ khí là nơi tập trung chủ yếu các máy móc như máy tiện, máy khoan, máy nén và lò điện, chiếm đến 70% tổng phụ tải của nhà máy Đây cũng là một trong những hộ tiêu thụ điện năng lớn trong hệ thống sản xuất.

Ta chọn máy phát dự phòng có công suất 70%S ttpx

( ) Chọn máy phát điện có công suất 500 (kVA)

Để đảm bảo không bị mất điện trong thời gian dài, việc sử dụng hệ thống ATS kết hợp với nguồn dự phòng là rất cần thiết ATS là hệ thống điều khiển tự động chuyển đổi nguồn cung cấp từ lưới điện chính sang nguồn dự phòng khi xảy ra sự cố như mất điện hoặc mất pha Khi lưới điện hoạt động ổn định, ATS sẽ tự động chuyển đổi trở lại từ nguồn dự phòng sang lưới điện.

THIẾT KẾ SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN CHO NHÀ MÁY

Lựa chọn sơ đồ cung cấp điện cho mạng điện hạ áp của phân xưởng

Trong phân xưởng, các thiết bị điện chủ yếu là máy cắt gọt kim loại có công suất vừa và nhỏ Do không có nhiều máy móc quan trọng và yêu cầu cung cấp điện không cao, phương án cấp điện được lựa chọn là mạng hình tia.

Trạm biến áp đặt ngoài phân xưởng và cách phân xưởng 30m

Phân xưởng cơ khí có diện tích 5000m² và bao gồm 45 thiết bị máy móc, được phân chia thành 5 nhóm phụ tải động lực và 1 phụ tải chiếu sáng Để cung cấp điện cho phân xưởng, sơ đồ hình tia được áp dụng, với điện năng từ trạm biến áp được đưa về tủ phân phối chính Tại tủ phân phối chính, có 1 CB tổng và 7 CB nhánh để cấp điện cho 6 tủ động lực và 1 tủ chiếu sáng Sơ đồ hình tia được sử dụng từ tủ phân phối chính đến các tủ động lực và tủ chiếu sáng nhằm đảm bảo quản lý và vận hành hiệu quả.

Mỗi tủ động lực cung cấp điện cho một nhóm phụ tải theo sơ đồ hình tia, giúp tăng cường độ tin cậy trong cung cấp điện Để dễ dàng thao tác và bảo vệ thiết bị trong phân xưởng, các đầu vào và đầu ra của tủ đều được trang bị cầu dao (CB) để thực hiện chức năng đóng cắt và bảo vệ quá tải, ngắn mạch.

Sơ đồ nguyên lý và đơn tuyến cấp điện cho nhà máy

44 Hình 5.1: Sơ đồ đơn tuyến phương án đi dây của mạng điện xưởng cơ khí

45 Hình 5.2: Sơ đồ nguyên lý

TÍNH TOÁN CHỌN DÂY DẪN VÀ CB CHO PHÂN XƯỞNG

Tính toán lựa chọn dây dẫn và CB

Khi chọn dây điện, cần chú ý đến điều kiện phát nóng, tức là khi dòng điện đi qua, nhiệt độ dây sẽ tăng dần cho đến khi đạt mức ổn định Để đảm bảo an toàn, cần lựa chọn dây sao cho dòng điện không vượt quá giới hạn cho phép, từ đó giữ cho nhiệt độ dây không vượt quá mức an toàn Điều này được thể hiện qua công thức liên quan đến điều kiện phát nóng.

I’ cp (hiệu chỉnh) = k x I cp I lvmax Trong đó:

I lvmax = I tt _ nhóm thiết bị

I lvmax : dòng làm việc lớn nhất qua dây

I tt : dòng cho phép của dây, đƣợc xác định theo các điều kiện chuẩn của hãng chế tạo

K: là hệ số hiệu chỉnh dây đƣợc trình bày nhƣ sau:

Ta xác định các hệ số :

K 1 : hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ (tra bảng G12 trang G11)

K 2 : hệ số hiệu chỉnh số cáp đặt gần nhau ( tra bảng G17 trang G13)

7.1.1 Chon dây dẫn và CB từ tủ động lực đến mỗi thiết bị

+ Chọn dây từ tủ động lực 1 đến thiết bị 1 ( TB 1.1 )

√ ( ) Chúng ta đi dây theo kiểu E31( đặt trên máng đục lỗ, cáp đồng đơn lõi lõi , nhiệt độ35 độ , lớp cách điện PVC, 6 mạch đi chung 1 máng.)

K 1 = 0.94 tương ứng nhiệt độ môi trường là 35 0 C

K 2 = 0,76 có 6 cáp đi chung trên 1 máng

( ) Tra bảng G21a trang G16( Sách hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn

IEC) chọn dây có tiết diện S mm 2 , I z = 60 (A) Điều kiện chọn CB:

Tra bảng phụ lục trang 124( Sách hướng dẫn thiết kế cung cấp điện Phan Thị

Thanh Bình-Dương Lan Hương- Phan Thị Thu Vân) chọn Mitsubishi MCB- NF63-

Cách tính tương tự ta chọn dây và CB cho các nhóm:

Bảng 6 1: Kết quả chọn dây dẫn và CB nhóm1

6 Búa hơi để rèn 1.6 28.57 43.4 60.76 16mm 2 80 50

7 Búa hơi để rèn 1.7 28.57 43.4 60.76 16mm 2 80 50

8 Búa hơi để rèn 1.8 28.57 43.4 60.76 16mm 2 80 50

9 Búa hơi để rèn 1.9 28.57 43.4 60.76 16mm 2 80 50

Bảng 6 2: Kết quả chọn dây dẫn và CB nhóm 2

6 Búa hơi để rèn 2.6 28.57 43.4 60.75 16mm 2 80 50

7 Búa hơi để rèn 2.7 28.57 43.4 60.75 16mm 2 80 50

8 Búa hơi để rèn 2.8 28.57 43.4 60.75 16mm 2 80 50

9 Búa hơi để rèn 2.9 28.57 43.4 60.75 16mm 2 80 50

16 Dầm treo có palang điện 4.16 38.46

1 Máy mài tròn vạn năng 5.1 14

15 Máy khoan hướng tâm 5.15 11 16.71 23.39 4mm 2 34 25

+ Chọn dây từ tủ động lực 3 đến thiết bị 3.1 ( TB 3.1 )

Chúng ta đi dây theo kiểu E31( đặt trên máng đục lỗ, cáp đồng đơn lõi lõi , nhiệt độ

35 độ , lớp cách điện PVC, 6 mạch đi chung 1 máng.)

K 2 = 0.73 có 9 mạch đi chung trên 1 máng

( ) Tra bảng G21a trang G16( Sách hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn IEC) chọn dây có tiết diện S=6 mm 2 , I z = 43 (A) Điều kiện chọn CB:

Tra bảng phụ lục trang 124( Sách hướng dẫn thiết kế cung cấp điện Phan Thị

Thanh Bình-Dương Lan Hương- Phan Thị Thu Vân) chọn Mitsubishi MCB- NF63-

7.1.2 Chọn dây và CB tù tủ phân phối chinh đến các tủ động lực

+ Chọn dây từ tủ phân phối chính đến tủ động lực 1 ( kí hiệu DL1 )

Chọn đi dây theo kiểu E31( đặt trên máng đục lỗ, cáp đồng đa lõi,nhiệt độ 35 độ , lớp cách điện PVC, 4 mạch đi chung 1 máng.)

K 2 = 0,79 có 4 cáp đi chung trên 1 máng

( ) Tra bảng G21a trang G16( Sách hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn IEC) chọn dây có tiết diện S$0 mm 2 , I z = 424(A)

Trong sách hướng dẫn thiết kế cung cấp điện của Phan Thị Thanh Bình, Dương Lan Hương và Phan Thị Thu Vân, trang 124, đã chọn MCCB Mitsubishi NF400-SW với dòng định mức 0(A).

K 2 = 0,79 có 4 mạch đi chung trên 1 máng

IEC) chọn dây có tiết diện S$0 mm 2 , I z = 424(A) Điều kiện chọn CB:

Trong sách hướng dẫn thiết kế cung cấp điện của Phan Thị Thanh Bình, Dương Lan Hương và Phan Thị Thu Vân, trang 124 có đề cập đến việc lựa chọn MCCB Mitsubishi NF400-SW với dòng định mức I đmCB là 0(A).

K 2 = 0,79 có 4 mạch đi chung trên 1 máng

( ) Tra bảng G21a trang G16( Sách hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn IEC) chọn dây có tiết diện S$0 mm 2 , I z = 424(A) Điều kiện chọn CB:

Trong sách hướng dẫn thiết kế cung cấp điện của tác giả Phan Thị Thanh Bình, Dương Lan Hương và Phan Thị Thu Vân, trang 124, đã chỉ ra việc lựa chọn MCCB Mitsubishi NF400-SW với dòng định mức 0(A).

IEC) chọn dây có tiết diện S0 mm 2 , I z = 318(A) Điều kiện chọn CB:

Trong sách hướng dẫn thiết kế cung cấp điện của Phan Thị Thanh Bình, Dương Lan Hương và Phan Thị Thu Vân, trang 124, đã đề xuất lựa chọn cầu dao tự động Mitsubishi MCCB-NF250-SV với dòng định mức 0 (A).

IEC) chọn dây có tiết diện S0 mm 2 , I z = 318 (A) Điều kiện chọn CB:

Trong sách hướng dẫn thiết kế cung cấp điện của Phan Thị Thanh Bình, Dương Lan Hương và Phan Thị Thu Vân, trang 124, đã chọn MCCB Mitsubishi NF250-SV với dòng định mức 0 (A).

( ) Tra bảng G21a trang G16( Sách hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn IEC) chọn dây có tiết diện S0 mm 2 , I z = 318 (A) Điều kiện chọn CB:

Theo bảng phụ lục trang 124 trong sách hướng dẫn thiết kế cung cấp điện của tác giả Phan Thị Thanh Bình, Dương Lan Hương và Phan Thị Thu Vân, lựa chọn cầu dao tự động Mitsubishi MCCB-NF250-SV với dòng định mức 0 (A) là một giải pháp phù hợp.

+ Chọn dây từ tủ phân phối chính đến tủ động lực chiếu sáng ( kí hiệu TCS)

Chọn đi dây theo kiểu E31( đặt trên máng đục lỗ, cáp đồng đa lõi,nhiệt độ 35 độ , lớp cách điện PVC, mạch đi chung 1 máng)

( ) Tra bảng G21a trang G16( Sách hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn IEC) chọn dây có tiết diện S mm 2 , I z = 80(A) Điều kiện chọn CB:

Trong sách hướng dẫn thiết kế cung cấp điện của Phan Thị Thanh Bình, Dương Lan Hương và Phan Thị Thu Vân, tại trang 124, có đề xuất lựa chọn cầu dao tự động Mitsubishi MCCB-NF63-CV với dòng định mức I đmCB @ (A).

BẢNG THỐNG KÊ DÂY VÀ CB TÙ TỦ PHÂN PHỐI ĐẾN TỦ ĐỘNG LỰC

STT Ký hiệu thiết bị trên bản vẽ

Bảng 6 7: Kết quả chọn dây dẫn và CB các tủ động lực

+ Chọn dây từ tủ MBA đến thanh cái tổng:

Chọn đi dây theo kiểu cáp ( cáp đa lõi đặt trong ống đi trong đất,nhiệt độ 35 độ , lớp cách điện PVC )

K 7 = 1 ( Bản chất đất : Đất khô)

( ) Tra bảng phụ lục trang 103( Sách thiết kế cung cấp điện Dương Lan Hương) chọn dây tiết diện 3x400mm 2 ,I z I0 (A) Điều kiện chọn CB:

Tra bảng phụ lục ,chọn mấy cắt hạ thế ACB- AE1250-SE , IđmCB50 (A).

Xác định độ sụt áp, kiểm tra dây dẫn

Độ sụt áp đƣợc xác định theo công thức:

I B : Dòng làm việc lớn nhất (A)

L : Chiều dài dây dẫn (Km)

R : Điện trở của dây dẫn (Ω/km)

R đƣợc bỏ qua khi tiết diện đây lớn hơn 500 mm 2

X đƣợc bỏ qua với tiết diện dây S < 50 mm 2

Xác định tổn thất từ tủ phân phối chính đến các tủ động lực

+ Tổn thất điện áp từ tủ phân phối chính đến tủ động lực 1:

Khoảng cách từ tủ phân phối chính đến tủ động lực 1 là: L 1 = 44 (m) = 0,044 (km)

X = 0.08 (Ω/km) vì tiết diện dây Độ sụt áp cần thỏa:

 thỏa điều kiện sụt áp cho phép

 Dây dẫn đã chọn đạt yêu cầu

Khoảng cách từ tủ phân phối chính đến tủ động lực 1 là: L 4 = 34.5 (m) = 0,0345 (km)

+ Tổn thất điện áp từ tủ phân phối chính đến tủ động lực 5 :

Khoảng cách từ tủ phân phối chính đến tủ động lực 1 là: L 5 = 55.5 (m) = 0.0555 (km)

+Tổn thất điện áp từ tủ phân phối chính đến tủ động lực chiếu sáng:

Khoảng cách từ tủ phân phối chính đến tủ động lực chiếu sáng là: L (m)

X bỏ qua vì tiết diện dây F < 50 mm 2 Độ sụt áp cần thỏa:

+Tổn thất điện áp từ tủ động lực 1 đến máy 1.1:

Khoảng cách từ tủ động lực 1 đến máy 1.1: L = 15 (m) = 0.015 (km)

X đƣợc bỏ qua vì tiết diện dây F < 50 mm 2 Độ sụt áp cần thỏa:

√ ( ) √ ( ) ( ) Độ sụt áp tổng đến máy 1.1 là:

Bảng 6 8: Độ sụt áp thiết bị nhóm 1

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH VÀ KIỂM TRA CB

Tính toán ngắn mạch

* Ngắn mạch tại thanh cái tủ phân phối

Một cách sợ bộ có thể tính toán dòng ngắn mạch bỏ qua tổng trở của hệ thống lưới trung thế

: Công suất định mức của MBA (kVA)

: dòng điện định mức của MBA (A)

: điện áp ngắn mạch của MBA (%)

: điện áp phía thứ cấp khi không tải (kV)

Dòng ngắn mạch 3 pha tại điểm bất kì của lưới hạ thế:

U 20 : là điện áp dây thứ cấp MBA khi không tải

Z t : là tổng trở mỗi pha tới điểm ngắn mạch

R t : tổng số học các trở kháng của các phân đoạn

X t : tổng số học các cảm kháng của các phân đoạn.

Tính toán ngắn mạch ba pha tại thanh cái, tủ động lục và các điểm của lưới hạ thế

-Ngắn mạch tại thanh cái hạ áp

=> Chọn CB có dòng ngắn mạch I cu %(kA)

-Tính ngắn mạch tại tủ ĐL1

Khoảng cách từ tủ phân phối chính đến tủ động lực 1 là: L = 44 (m) = 0.044 (km)

X = 0,08 (Ω/km) vì tiết diện dây F 50 mm 2 => X = 0,08 0.044= 3.52 10 -3 ( Ω )

=> Chọn CB có dòng ngắn mạch I cu E(kA)

X = 0,08 (Ω/km) vì tiết diện dây F 50 mm 2 => X = 0.08 0.061= 4.88 10 -3 ( Ω )

=> Chọn CB có dòng ngắn mạch I cu 5(kA)

- Tính ngắn mạch tại tủ ĐL3

=> Chọn CB có dòng ngắn mạch I cu E(kA)

Khoảng cách từ tủ phân phối chính đến tủ động lực 1 là: L 5 = 55.5 (m) = 0.0555 (km)

- Tính ngắn mạch tại tủ động lực chiếu sáng:

Khoảng cách từ tủ phân phối chính đến tủ động lực chiếu sáng là: L 20(m)=0.02(km)

X đƣợc bỏ qua vì tiết diện dây F < 50 mm 2

=> Chọn CB có dòng ngắn mạch I cu (kA)

- Tính ngắn mạch tại TB 1.1 :

Khoảng cách từ tủ động lực 1 đến máy 1.1: L = 15 (m) = 0.015 (km)

X đƣợc bỏ qua vì tiết diện dây F < 50 mm 2

=> Chọn CB có dòng ngắn mạch I cu =7.5(kA)

Bảng 7 1: Chọn dòng cắt CB cho thiết bị nhóm 1

86 Bảng 7 6: Chọn dòng cắt CB cho thiết bị nhóm 6

NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT

Ý nghĩa của việc bù công suất phản kháng

Nâng cao hệ số công suất cos φ là biện pháp quan trọng giúp tiết kiệm điện năng Việc cải thiện hệ số công suất mang lại nhiều hiệu quả, đặc biệt trong việc giảm thiểu tổn thất điện năng Hầu hết các thiết bị điện tiêu thụ cả công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q, trong đó động cơ không đồng bộ là một trong những thiết bị tiêu thụ nhiều công suất phản kháng, chiếm khoảng 60-65% tổng công suất phản kháng trong mạng điện.

Máy biến áp tiêu thụ từ 0 đến 25% tổng công suất phản kháng trong mạng điện, trong khi đường dây trên không, điện kháng và các thiết bị khác chiếm khoảng 10% tổng công suất phản kháng truyền tải.

Động cơ không đồng bộ và máy biến áp là hai thiết bị tiêu thụ nhiều công suất phản kháng nhất trong hệ thống điện Công suất tác dụng P được chuyển đổi thành công hữu ích như cơ năng, quang năng và nhiệt năng, trong khi công suất phản kháng Q không sinh công mà chỉ phục vụ cho việc từ hóa và tạo ra từ thông tản trong các máy điện xoay chiều Để giảm thiểu lượng công suất phản kháng Q truyền tải trên đường dây, người ta thường lắp đặt các thiết bị như tụ điện tĩnh và máy bù đồng bộ gần nơi tiêu thụ điện, nhằm cung cấp trực tiếp cho phụ tải Hành động này được gọi là bù công suất phản kháng.

Trong lưới điện tồn tại 2 loại công suất:

Công suất hữu dụng P (kW) là công suất sinh ra công có ích trong các phụ tải P

Công suất phản kháng Q (kVAr) là công suất vô ích do tính cảm ứng của các phụ tải như động cơ điện, máy biến áp và bộ biến đổi điện áp Công suất phản kháng được tính theo công thức Q = S * Sinφ Để đánh giá tác động của công suất phản kháng đến hệ thống, người ta sử dụng hệ số công suất cosφ.

Công suất phản kháng Q không sinh công nhưng lại gây ra những ảnh hưởng xấu về kinh tế và kỹ thuật:

- Về kinh tế: chúng ta phải trả tiền cho lƣợng công suất phản kháng tiêu thụ

- Về kỹ thuật: công suất phản kháng gây ra sụt áp trên đường dây và tổn thất công suất trên đường truyền

Vì vậy, ta cần có biện pháp bù công suất phản kháng Q để hạn chế ảnh hưởng của nó Cũng tức là ta nâng cao hệ số cosφ.

Hiệu quả của việc nâng cao hệ số công suất

Lợi ích khi nâng cao hệ số công suất cosφ:

- Giảm tổn thất công suất trên phần tử của hệ thống cung cấp điện (máy biến áp, đường dây …)

- Giảm tổn thất điện áp trên đường truyền tải

- Tăng khả năng truyền tải điện của đường dây và máy biến áp

Theo thông tư của Bộ Công Thương, có hiệu lực từ ngày 10/12/2014, người sử dụng điện sẽ bị phạt tiền nếu công suất cosφ thấp hơn mức quy định.

Xác định dung lƣợng bù

Cách tính công suất phản kháng cần bù:

Để tính công suất phản kháng cần bù cho một tải cụ thể, trước tiên cần xác định công suất (P) và hệ số công suất (Cosφ) của tải đó Giả sử công suất của tải là P và hệ số công suất ban đầu là Cosφ1, ta có tgφ1 trước khi bù Sau khi bù, hệ số công suất trở thành Cosφ2, tương ứng với tgφ2 Công suất phản kháng cần bù sẽ được tính dựa trên các giá trị này.

Các biện pháp nâng cao hệ số công suất phản kháng

 Phương pháp nâng cao hệ số cosφ tự nhiên

Nâng cao cosφ tự nhiên là việc áp dụng các giải pháp nhằm giúp hộ tiêu thụ điện giảm thiểu lượng công suất phản kháng cần thiết từ nguồn cung cấp.

+Thay đổi và cải tiến quá trình công nghệ để các thiết bị điện làm việc ở chế độ hợp lý nhất

+ Thay thế các động cơ làm việc non tải bằng những động cơ có công suất nhỏ hơn

+Hạn chế động cơ chạy không tải

+Ở những nơi công nghệ cho phép thì dùng động cơ đồng bộ thay cho động cơ không đồng bộ

+Thay biến áp làm việc non tải bằng máy biến áp có dung lƣợng nhỏ hơn

 Phương pháp nâng cao hệ số cosφ nhân tạo

Phương pháp bù công suất phản kháng được thực hiện bằng cách lắp đặt các thiết bị tại các hộ tiêu thụ điện Các thiết bị này giúp cải thiện hiệu suất sử dụng điện và giảm thiểu tổn thất năng lượng trong hệ thống.

- Máy bù đồng bộ: chính là động cơ đồng bộ làm việc trong chế độ không tải

Máy bù đồng bộ có ưu điểm nổi bật là vừa có khả năng sản xuất công suất phản kháng, vừa có thể tiêu thụ công suất phản kháng từ mạng điện, giúp cải thiện hiệu suất hoạt động của hệ thống điện.

Máy bù đồng bộ có nhược điểm là phần quay, dẫn đến việc lắp ráp, bảo dưỡng và vận hành trở nên phức tạp Thông thường, máy bù đồng bộ được sử dụng để bù tập trung với dung lượng lớn.

- Tụ bù điện: làm cho dòng điện sớm pha hơn so với điện áp do đó, có thể sinh ra công suất phản kháng cung cấp cho mạng điện

Máy bù điện có công suất nhỏ và không có phần quay, giúp dễ dàng bảo dưỡng và vận hành Ngoài ra, dung lượng bộ tụ bù có thể được điều chỉnh linh hoạt theo sự phát triển của tải Đặc biệt, giá thành của máy bù điện này thấp hơn so với máy bù đồng bộ.

Tụ bù có một số nhược điểm, bao gồm sự nhạy cảm với biến động điện áp và độ chắc chắn kém, đặc biệt dễ bị hỏng khi xảy ra ngắn mạch hoặc điện áp vượt quá mức cho phép Tuổi thọ của tụ bù cũng có giới hạn, và chúng có thể hư hỏng sau nhiều năm hoạt động Khi được kết nối vào mạng điện, tụ bù tạo ra dòng điện xung, trong khi khi ngắt kết nối, điện áp dư trên cực của tụ có thể gây nguy hiểm cho người vận hành.

Các phương pháp bù công suất phản kháng bằng tụ bù:

Bù riêng là phương pháp cần xem xét khi công suất động cơ lớn so với công suất mạng điện Bộ tụ bù được kết nối trực tiếp vào đầu dây của thiết bị điện có tính cảm Công suất của bộ tụ bù phải được giới hạn phù hợp với công suất (kW) của động cơ để đảm bảo hiệu quả hoạt động.

Việc giảm tiền phạt liên quan đến tiêu thụ công suất phản kháng là một trong những ưu điểm nổi bật Ngoài ra, nó còn giúp giảm dòng phản kháng đến động cơ, từ đó làm giảm kích thước và tổn hao dây dẫn cho tất cả các loại dây dẫn.

+Nhƣợc điểm: Vận hành khó khăn, tụ bù chỉ hoạt động khi động cơ làm việc.Gây hiện tƣợng tự kích từ đối với động cơ

Việc giảm tiêu thụ công suất phản kháng mang lại nhiều lợi ích, bao gồm giảm tiền điện, giảm dòng điện tới tủ động lực và tủ phân phối, cũng như giảm tiết diện cáp đến các tủ phân phối Điều này còn giúp giảm tổn hao công suất trên dây dẫn, tối ưu hóa hiệu suất sử dụng điện.

+Nhƣợc điểm: khi có sự thay đổi đáng kể của tải, xuất hiện nguy cơ bù dƣ và kèm theo hiện tƣợng quá điện áp

Bù tập trung là phương pháp được áp dụng khi tải ổn định và liên tục Bộ tụ bù được kết nối vào thanh góp hạ áp của tủ phân phối chính và sẽ được kích hoạt trong suốt thời gian hoạt động của tải.

Giảm thiểu tiền phạt liên quan đến tiêu thụ công suất phản kháng, dễ dàng trong quá trình vận hành và lắp đặt, đồng thời giúp giảm tải cho máy biến áp, từ đó tạo điều kiện cho việc phát triển thêm các phụ tải khi cần thiết.

Dòng điện phản kháng vẫn tiếp tục xâm nhập vào tủ phân phối chính của mạng hạ thế, dẫn đến việc kích cỡ dây dẫn và công suất tổn hao trên dây của mạng điện không được cải thiện sau khi lắp đặt tụ bù.

Vị trí đặt tụ bù

Để giảm thiểu tổn thất điện áp và điện năng cho các thiết bị sử dụng điện, việc lắp đặt các bộ tụ bù phân tán cho từng động cơ điện là rất hiệu quả Tuy nhiên, phương pháp này có thể không tối ưu về mặt vốn đầu tư, quản lý và vận hành Do đó, quyết định lắp đặt tụ bù tập trung hay phân tán, cũng như mức độ phân tán, phụ thuộc vào cấu trúc của hệ thống cấp điện của từng đối tượng.

Với 1 xưởng sản xuất hoặc xí nghiệp nhỏ nên đặt tập trung tụ bù tại thanh cái hạ áp của trạm biến áp xí nghiệp.

Tiêu đề	Thiết Kế Hệ Thống Cung Cấp Điện Cho Phân Xưởng Cơ Khí
Tác giả	Nguyễn Khánh Toàn
Người hướng dẫn	GVHD: Nguyễn Huy Khiêm
Trường học	Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.Hcm
Chuyên ngành	Công Nghệ Điện
Thể loại	Khóa Luận Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2018
Thành phố	Tp.Hcm

Định dạng
Số trang	114
Dung lượng	1,53 MB

Tài liệu tham khảo	Loại	Chi tiết
[1] Schneider Electric, Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC. NXB KHKT, 2013	Khác
[2] Nguyễn Xuân Phú.Cung cấp điện. NXB KHKT, 2012	Khác
[3] Dương Lan Hương. Kỹ thuật chiếu sáng. NXB ĐHQG, 2012	Khác
[4] Ngô Hồng Quang – Vũ Văn Tẩm. Giáo trình thiết kế cấp điện. NXB GIÁO DỤC VIỆT NAM	Khác
[5] Giáo trình thiết kế cung cấp điện. Trường Đại học Công nghiệp Tp. Hồ Chí Minh	Khác
[6] Phan Thị Thanh Bình- Dương Lan Hương- Phan Thị Thu Vân.Hướng dẫn đồ án môn học Thiết kế cung cấp điện. NXB ĐHQG TPHCM, 2016	Khác
[7] Trần Quang Khánh. Hệ thống cung cấp điện. NXB KHKT, 2012	Khác
[8] Các tài liệu sách tham khảo và nhiều các bảng báo giá trên mạng	Khác
[9] Luận văn của các anh chị năm trước	Khác