Bài tập lớn môn cung cấp Điện thiết kế cấp Điện cho nhà máy liên hợp dệt

Căn cứ vào vị trí và công suất của các công cụ, ta chia làm 5 nhóm phụ tải trong phân xưởng sửa chữa cơ khí và sẽ dùng phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và

Tính toán phụ tải phân xưởng sửa chữa cơ khí và toàn bộ nhà máy

Phụ tải phân xưởng sửa chữa cơ khí

1.1.1 Công suất phân xưởng sửa chữa cơ khí

Dựa trên vị trí và công suất của các công cụ, phụ tải trong phân xưởng sửa chữa cơ khí được phân chia thành 5 nhóm Phương pháp xác định phụ tải sẽ được thực hiện theo công suất trung bình và hệ số cực đại.

Theo giáo trình Thiết kế cấp điện – Vũ Văn Tẩm, Ngô Hồng Quang, với nhóm máy sửa chữa cơ khí, ta chọn

Bảng 1.1 Phụ tải tủ động lực cho nhóm máy 1

STT Tên thiết bị Kí hiệu trên sơ đồ Pđm (kW)/máy Số lượng Tổng công suất (kW)

Máy tiện ren cấp chính xác cao 4 1.7 1

Ta tra bảng có 𝑛 ℎ𝑞 ∗ = 0,8 => 𝑛 ℎ𝑞 = 0.8 ∗ 16 = 12.8 ≈ 13 𝑣ớ𝑖 𝑘 𝑠𝑑 = 0,15 n kmax

Dùng phương pháp nội suy ta có kết quả 𝑘 𝑚𝑎𝑥 = 𝑥 = 1,905

=> 𝑆 𝑡𝑡1 = 42,91 𝑘𝑉𝐴; 𝑄 𝑡𝑡1 = 34,428 𝑘𝑉𝑎𝑟 1.1.2 Tính toán phụ tải cho các nhóm tủ động lực khác

Chú ý: Cần quy đổi công suất máy biến áp từ 1 pha sang công suất 3 pha cùng hệ số đóng điện 25%

STT Tên thiết bị Kí hiệu trên sơ đồ Pđm (kW)/máy

6 Thiết bị để hoá bền kim loại 23 0.8 1 0.8

STT Tên thiết bị Kí hiệu trên sơ đồ Pđm (kW)/máy

2 Máy mài dao cắt gọt 18 0.65 1 0.65

4 Máy mài sắc mũi phay 20 1 1 1

T Tên thiết bị Kí hiệu trên sơ đồ Pđm (kW)/máy

STT Tên thiết bị Kí hiệu trên sơ đồ Pđm (kW)/máy Số lượng Tổng công suất (kW)

Cách tính toán như phụ tải 1, ta có kết quả tính toán phụ tải cho các nhóm như sau:

Bảng 1.6 Bảng tổng hợp phụ tải động lực nhóm 2-5

Bảng 1.7 Bảng tổng hợp phụ tải động lực nhóm 1-5

Kết quả tính công suất cho Phân xưởng sửa chưa cơ khí chưa tính phụ tải chiếu sáng

Vì có 5 tủ động lực nên ta chọn

1.1.3 Tính toán phụ tải chiếu sáng cho phân xưởng sửa chữa cơ khí, ta lấy suất chiếu sáng là 15 W/𝑚 2

Mà diện tích phân xưởng là: 𝑠 = 2785 𝑚 2

Công suất chiếu sáng cho phân xưởng sửa chữa cơ khí: 𝑃 𝑐𝑠 = 15𝑠 = 41,775 𝑘𝑊

Vậy phụ tải phần xưởng sửa chữa cơ khí sau tình toán có thông số về phụ tải như sau:

Tính toán phụ tải cho toàn nhà máy

Do chỉ biết công suất đặt và diện tích của nhà xưởng nên ta dùng phương pháp tính PTTT theo công suất đặt và hệ số 𝐾𝑛𝑐

8 = 4,75, 𝑃 𝑐𝑠 = 𝑃 0 𝑆, 𝑄 𝑐𝑠 = 𝑃 𝑐𝑠 𝑡𝑎𝑛 𝜑 𝑐𝑠 Công suất tính toán toàn phần:

Bảng 1.8 Bảng tổng hợp 𝑺, 𝑷 đ , 𝑲 𝒏𝒄 , 𝒄𝒐𝒔𝝋, 𝒄𝒐𝒔𝝋 𝒄𝒔 , 𝑷 𝒐 cho các phân xưởng

STT Tên PX S (m 2 ) 𝑃 đ (kW) 𝐾 𝑛𝑐 cos 𝜑 cos 𝜑 𝑐𝑠 𝑃 0 (kW)

3 PX nhuộm và in hoa 1718.75 1200 0.65 0.8 1 15

4 PX giặt là và đóng gói thành phẩm 550 600 0.7 0.8 1 15

5 PX sửa chữa cơ khí 325 117 0.3 0.5 1 15

8 Ban quản lý và phòng thiết kế 787.5 150 0.7 0.7 0.8 20

9 Kho vật liệu trung tâm 825 50 0.7 0.8 0.8 20

Bảng 1.9 Bảng tổng hợp 𝑷 𝒕𝒕 , 𝑸 𝒕𝒕 , 𝑺 𝒕𝒕 cho các phân xưởng

3 PX nhuộm và in hoa 780 585 25.78 0 805.78 585 995.75

4 PX giặt là và đóng gói thành phẩm 420 315 8.25 0 428.25 315 531.62

5 PX sửa chữa cơ khí 34.2 59.23 4.88 0 39.08 59.23 70.96

8 Ban quản lý và phòng thiết kế 105 78.75 15.75 15 120.75 93.75 152.87

9 Kho vật liệu trung tâm 35 26.25 16.5 15 51.5 41.25 65.98

Có 9 phân xưởng nên ta chọn hệ số đồng thời 𝑘 đ𝑡 = 0,85

Công suất tính toán tác dụng toàn nhà máy:

Công suất tính toán phản kháng toàn nhà máy:

Công suất tính toán toàn phần toàn nhà máy

Hệ số công suất toàn nhà máy

Biểu đồ phụ tải toàn nhà máy

Tâm phụ tải điện là điểm thoả mãn điều kiện momen phụ tải đạt giá trị cực tiểu

Công suất và khoảng cách của phụ tải thứ i đến tâm phụ tải được ký hiệu là P i và l i Để xác định tọa độ của tâm phụ tải, có thể sử dụng các biểu thức phù hợp.

Trong đó x o ; y o ; z o là toạ độ của tâm phụ tải điện x i ; y i ; z i là toạ độ của phụ tải thứ i tính theo một hệ trục toạ độ xyz tuỳ chọn

S i là công suất của phụ tải thứ i

Trong thực tế, tọa độ z thường ít được chú ý, nhưng tâm phụ tải điện là vị trí lý tưởng để lắp đặt các trạm biến áp, trạm phân phối và tủ động lực Việc này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí cho dây dẫn mà còn giảm thiểu tổn thất trên lưới điện.

1.3.2 Biểu đồ phụ tải điện

Biểu đồ phụ tải điện là một vòng tròn trên mặt phẳng với tâm trùng với phụ tải điện, có diện tích tương ứng với công suất của phụ tải theo tỷ lệ tùy chọn Công cụ này giúp các nhà thiết kế hình dung sự phân bố phụ tải trong khu vực cần thiết kế, từ đó lập kế hoạch cung cấp điện hiệu quả Biểu đồ được chia thành hai phần: phụ tải động lực (hình quạt gạch chéo) và phụ tải chiếu sáng (hình quạt trắng) Để vẽ biểu đồ phụ tải cho các phân xưởng, phụ tải được coi là phân bố đều theo diện tích, do đó tâm phụ tải có thể trùng với tâm hình học của phân xưởng.

Bán kính biểu đồ phụ tải của phụ tải thứ i được xác định qua biểu thức: i i

Trong đó: m là tỉ lệ xích ; ở đây chọn m = 3.7 kVA/ mm 2

Góc của phụ tải chiếu sáng nằm trong biểu đồ dược xác định theo công thức sau: cs cs tt

Kết quả tính toán R i và α csi của biểu đồ phụ tải các phân xưởng trong bảng sau:

Bảng 1.10- Bán kính R và góc chiếu sáng của biểu đồ phụ tải các phân xưởng

TT Tên phân xưởng P cs kW

3 PX nhuộm và in hoa 25.78 805.78 995.75 73 74 9.26 11.52

PX giặt là đống gói thành phẩm 8.25 428.25 531.62 90 74 6.76 6.93

5 PX sửa chữa cơ khí 4.88 39.08 70.96 111 47 2.47 44.95

Ban quản lý phòng thiết kế 15.75 120.75 152.87 29 14 3.63 46.96

Kho vật liệu trung tâm 16.5 51.5 65.98 61 33 2.38 115.34

Tâm phụ tải tính toán: 𝑥 0 = ∑ 𝑥𝑖𝑆𝑖

Biểu đồ phụ tải của toàn nhà máy

1 1- Biểu đồ phụ tải các phân xưởng

Thiết kế mạng cao áp nhà máy

Chọn cấp điện áp nguồn điện cấp cho mạng cao áp của nhà máy

- Xác định điện áp tính toán theo công thức kinh nghiệm như sau:

- L: Khoảng cách từ nhà máy đến trạm biến áp trung gian của hệ thống điện (km)

- P: Công suất tính toán của phụ tải nhà máy (kW)

Dựa trên kết quả tính toán, chúng tôi đã quyết định chọn cấp điện áp trung áp 35kV cho hệ thống cung cấp điện cho nhà máy Với vị trí, công suất và yêu cầu cung cấp điện của các phân xưởng, chúng tôi đưa ra một số phương án cung cấp điện phù hợp.

Đề xuất các phương án sơ đồ cung cấp điện của mạng cao áp nhà máy

2.2.1 Chọn sơ đồ cung cấp điện từ nguồn điện nhà máy

- Chọn phương án dẫn điện bằng một đường dây từ TBATG của hệ thống điện đến tâm phụ tải của toàn nhà máy để phân phối đến các xưởng

Tại tâm phụ tải của nhà máy, một trạm biến áp hạ điện áp từ 35 kV xuống 10 kV được lắp đặt để cung cấp điện cho các phân xưởng thông qua các trạm biến áp phân xưởng Do nhà máy thuộc hộ loại 2, nên cần lắp đặt 2 máy biến áp với công suất được lựa chọn dựa trên các điều kiện cụ thể.

=> 𝑆 𝑀𝐵𝐴𝑇𝑇 = 2340,94 𝑘𝑉𝐴 Chọn 2 MBATG với thông số S = 2500 kVA; 35/10 kV

- Điểm đặt MBATG tại toạ độ tâm phụ tải M(X,Y) của nhà máy được xác định như sau:

Nguyên tắc chọn phương án trạm biến áp phân xưởng :

- Chọn ít chủng loại công suất máy biến áp, không nên chọn công suất máy biến áp phân phối

(MBAPP) trên 1000kVA vì loại máy này không được sản xuất phổ biến

- Các phụ tải công suất lớn (trên 2000kVA) có thể được cấp điện từ 2 TBAPX trở lên

Các phụ tải công suất nhỏ có thể được cấp điện chung thông qua một TBAPX Để tối ưu hóa hiệu suất, vị trí đặt TBAPX nên được lựa chọn tại phân xưởng có công suất lớn nhất và nhu cầu cung cấp điện cao nhất.

Số lượng máy biến áp trong một trạm biến áp phân phối (TBAPX) được xác định dựa trên nhu cầu cung cấp điện của phụ tải quan trọng nhất Đối với phụ tải loại I và II, cần lắp đặt 2 máy biến áp, trong khi phụ tải loại III chỉ yêu cầu 1 máy.

Dung lượng máy biến áp chọn theo biểu thức sau:

Ta quyết định đặt 7 trạm biến áp

Phương án 1 7 trạm BAPX được chọn và phân theo bảng sau,

Thứ tự Tên phân xưởng Stt, kVA Số máy

Sđm, kVA Cấp điện áp Tên trạm

3 PX nhuộm và in hoa 995.75 2 1000 10/0.4 B3

PX giặt là đống gói thành phẩm 531.62

6 PX sửa chữa cơ khí 70.96 1 100 10/0.4 B6

7 Ban quản lý phòng thiết kế

PX kho vật liệu) Kho vật liệu trung tâm

Cách lựa chọn dung lượng MBA như sau:

0,85 = 83,48 𝑘𝑉𝐴 => 𝑇𝑎 𝑐ℎọ𝑛 𝑀𝐵𝐴 𝑐ó 𝑑𝑢𝑛𝑔 𝑙ượ𝑛𝑔 100 𝑘𝑉𝐴 Tương tự với các trạm khác và phương án 2

Phương án 2 Ta sử dụng 6 máy biến áp phân xưởng như bảng dưới đây

Thứ tự Tên phân xưởng Stt, kVA Số máy

Sđm, kVA Cấp điện áp Tên trạm

3 PX nhuộm và in hoa 995.75 2 1000 10/0.4 B3

PX giặt là đống gói thành phẩm

PX sửa chữa cơ khí

6 Ban quản lý phòng thiết kế

PX kho vật liệu) Kho vật liệu trung tâm

2.2.3 Chọn phương án đi dây mạng cao áp

Tính chọn dây dẫn và vẽ sơ đồ đi dây trên mặt bằng dựa trên 1 số tiêu chí sau:

- Xem xét cân nhắc việc sử dụng dây cáp ngầm hay đường dây trên không

- Các phương án đi dây phải đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện Đối với các trạm quan trọng nên dùng 2 đường dây cung cấp.

Dựa vào TBAPX và TBATG, có thể đề xuất từ 2 đến 4 phương án cho việc đi dây mạng cao áp Đường dây từ trạm BATG đến trạm PPTT của nhà máy dài 12 km, sử dụng dây nhôm lõi thép với lộ kép.

Để đảm bảo mỹ quan và an toàn, việc sử dụng cáp ngầm trong mạng cáo áp tại nhà máy là rất cần thiết Từ trạm PPTT đến các trạm biến áp 2 máy, nên dùng cáp lộ kép, trong khi trạm biến áp 1 máy chỉ cần cáp lộ đơn Ở phần 2.2.2, chúng tôi đề xuất hai phương án đi dây cho mỗi phương pháp.

- Phương án 1: Các trạm biến áp được cấp điện trực tiếp từ trạm PPTT

- Phương án 2: Các trạm biến áp xa trạm PPTT được lấy điện liên thông qua các trạm gần trạm PPTT

2 1 Sơ đồ đi dây phương án 1

2.2.4 Chọn thiết bị dây dẫn, máy cắt

Dựa vào phụ tải tính toán của các phân xưởng và toàn nhà máy, việc lựa chọn dây dẫn mạng cao áp từ trạm phân phối trung tâm đến các trạm biến áp phân xưởng và từ trạm BATG về trạm PPTT là rất quan trọng Các đường dây này thường có cùng tiết diện trên toàn bộ chiều dài, do đó cần chọn theo điều kiện mật độ kinh tế để đảm bảo hiệu quả và tiết kiệm chi phí.

Với S là tiết diện dây dẫn (𝑚𝑚 2 ); 𝐽 𝑘𝑡 là mật độ dòng điện kinh tế của dây (𝐴/𝑚𝑚 2 )

𝐼 𝑚𝑎𝑥 là dòng điện lớn nhất của phụ tải (A);

2 với dây lộ kép và 𝐼 𝑡𝑡 = 𝑆 𝑡𝑡

Dựa vào 𝐹𝑘𝑡 tính được , tra bảng lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp gần nhất và kiểm tra điều kiện phát nóng :

𝑘1 𝑘2 𝐼𝑐𝑝 ≥ 𝐼𝑠𝑐 + 𝐼𝑠𝑐∶ dòng điện khi sảy ra sự cố đứt 1 cáp , 𝐼𝑠𝑐 = 2𝐼𝑚𝑎𝑥

+ 𝑘1: hệ số điều chỉnh theo nhiệt độ , 𝑘1 = 1

+ 𝑘2: hệ số điều chỉnh về số dây cáp cùng đặt trong một rãnh Với các rãnh đặt 2 cáp, mỗi cáp cách nhau 300mm thì 𝑘2 = 0,93

+ 𝐼𝑐𝑝: dòng điện cho phép dây dẫn được chọn

Khi cần, có thể kiểm tra lại theo điều kiện tổn thất điện áp và phát nóng Đối với đường dây lộ kép, khi một dây bị đứt, dây còn lại phải đảm nhận toàn bộ công suất.

Dự định dùng cáp XLPE lõi đồng bọc thép để đi dây từ PPTT đến các trạm biến áp

- Chọn cáp từ PPTT đến B1: {𝐼 1 = 1239,09

=> Chọn cáp tiết diện 16 𝑚𝑚 2 => Cu 2XLPE/DSTA (3x16) có 𝑟 = 1,47 𝛺/𝑘𝑚; 𝑥 = 0,101 𝛺/𝑘𝑚, 𝐼 𝑐𝑝 = 110 𝐴 Chiều dài dây lõi kép từ TPPTT tới B1 là 88m

Khi một dây đứt, dây còn lại truyền tải toàn bộ công suất: 𝐼 𝑠𝑐1 = 2.35,77 = 71,54 𝐴 < 110 𝐴

Tổn hao điện áp cho phép trên dây dẫn: ∆𝑈 1 = 88.10−3 1000,31.1,47+731,25.0,101

2.10 = 6,79 𝑉 < 5%𝑈 𝑑𝑚 Điều kiện ổn định nhiệt: 𝐹 ≥ 𝐹 ô𝑑𝑛 = 𝛼𝐼 ∞ √𝑡𝑞𝑑 = 7.2,28√0,5 = 11,29 𝑚𝑚 2 (thoả mãn)

Tổn hao công suất tác dụng trên dây: ∆𝑃 = 𝑆 1 2

2 ).88.10 −3 = 993 𝑊 Thời gian tổn hao max: 𝜏 𝑚𝑎𝑥 = (0,124 + 𝑇 𝑚𝑎𝑥 10 −4 ) 2 8760 = 2886,21 ℎ b) Tính toán tổn hao

Ta phân ra làm 2 tổn hao đó là tổn hao công suất và tổn hao dây dẫn

- Tổn hao máy biến áp: ∆𝑃 𝑀𝐵𝐴 = 𝑚∆𝑃 0 + 1

Các thông số còn lại lấy từ nhà sản xuất MBA

Chú ý: Nếu sau MBA có nhiều tải thì ta cộng tổng lại với nhau 𝑆 𝑡 = 𝑆 1 + 𝑆 2 = ∑ 𝑛 𝑖=1 𝑃 𝑖 + ∑ 𝑛 𝑖=1 𝑄 𝑖

Dưới dây là hình mô phỏng trong trường hợp xác định công suất tải mà MBA hay dây chịu

Tổn hao điện năng trên đường dây khi đó được xác định như sau: ∆𝐴 𝑑𝑑 = ∆𝑃 𝑑𝑑 𝜏 𝑚𝑎𝑥

Tổn thất điện năng máy biến áp: ∆𝐴 𝑀𝐵𝐴 = 𝑚∆𝑃 0 8760 + 1

2 3 Tính toán rường hợp dây và MBA

2 4 Tính toán trường hợp chỉ có dây

Máy biến áp phương án 1

Máy biến áp Số máy

Tổn hao (kW) Dòng điện không tải

Chịu tải, kVA deltaP, kW deltaQ, kVar deltaA, kWh không tải DP O ngắn mạch

Tổng tổn hao điện năng của MBA, kWh 222841.9

Chiều dài r, Ohm/km x, Ohm/km deltaP

Tổng tổn hao điện năng của cáp, kWh 5744.05 c) Lựa chọn máy cắt

Các điều kiện lựa chọn và kiểm tra máy cắt như sau

Thứ tự Các đại lượng lựa chọn và kiểm tra Điều kiện

3 Dòng điện ổn định nhiệt 𝐼 ô𝑑𝑛𝑀𝐶 ≥ 𝐼 𝑁 √ 𝑡 𝑡 𝑞𝑑

4 Dòng điện ổn định động 𝐼 ô𝑑𝑑𝑀𝐶 ≥ 𝐼 𝑥𝑘

5 Dòng điện cắt định mức 𝐼 𝑐ắ𝑡𝑀𝐶 ≥ 𝐼 𝑁

Khi xảy ra sự cố ở một đường dây cung cấp, toàn bộ phụ tải tính toán của nhà máy sẽ được truyền tải qua đường dây còn lại và máy cắt tổng (MC).

Dòng điện cưỡng bức qua các máy cắt nhánh bé hơn rất nhiều

Chọn dùng loại máy cắt hợp bộ F200 do Schneider chế tạo có các thông số theo bảng sau:

Để kiểm tra khả năng cắt ngắn mạch, cần tính dòng ngắn mạch qua máy cắt tổng (MCT), máy cắt liên lạc (MCLL) và các máy cắt nhánh từ MC1 đến MC12 Chỉ cần tính một điểm ngắn mạch trên thanh góp 10 kV của trạm phân phối trung tâm, trong đó máy cắt liên lạc thường mở Sơ đồ thay thế để tính ngắn mạch được trình bày như sau.

Loại tủ Udm, kV Idm, A 𝐼 ô𝑑𝑑 , kA 𝐼 𝑐ắ𝑡𝑀𝐶 , kA 𝐼 ô𝑑𝑛 /𝑡 ô𝑑𝑛 , kA/s Giá, USD

2 5 Sơ đồ máy căt phương án 1

2 6 Tính toán ngắn mạch đường dây

Tổn hao (kW) Dòng điện không tải I O (%) Điện áp ngắn mạch

Số máy Rb, Ohm Xb không Ohm tải DP O ngắn mạch

Các đại lượng lựa chọn và kiểm tra Điều kiện Điện áp định mức, kV 36>35

Dòng điện ổn định động, kA 40 > 2,22

Dòng điện cắt định mức, kA 25 > 0,87

Vậy ta chọn 2 máy cắt F400, 14 máy cắt F200

Chi phí và tổn hao của cáp, máy biến áp phương án 1 Thứ tự Cáp Lộ l, m Triệu/km Chi phí, triệu vnđ Máy biến áp

Triệu vnđ/máy Chi phí, triệu vnđ

Tổng chi phí cáp và MBA, triệu vnđ 1530.85

Tổng tổn hao điện năng của cáp và MBA, kWh 228585.99

Các bước tính toán vẫn tương tự như phương án 1, nhưng việc tính toán phụ tải chịu của máy biến áp trở nên phức tạp hơn do các phân xưởng xa sẽ lấy điện từ trạm biến áp gần nhất.

Ví dụ về tính toán phụ tải cho cụm phân xưởng 3,4,5

2 7 Tính toán tổn hảo khi có nhiều máy biến áp, phụ tải trên 1 mạng điện Máy biến áp 5 chịu tải 𝑆 5 = 39,08 + 𝑗59,23 𝑘𝑉𝐴

Tổn hao công suất tại MBA5 (1 máy): {

Máy biến áp 4 chịu tải 𝑆 4 = (428,3 + 1,17 + 39,08) + 𝑗(315 + 59,23 + 3,81) = 468,55 + 𝑗378,04 𝐾𝑉𝐴

=> 𝑆 4 = 602,04 𝑘𝑉𝐴 => Cần chọn MBA có công suất tối thiểu là 545,83 kVA

Công suất của máy biến áp 4 là 560 kVA chọn ở bước 2.2.2 vẫn thoả mãn

Tổn hao công suất tại MBA4 (2 máy): {

Máy biến áp 3 chịu tải

=> 𝑆 3 = 1631.16 𝑘𝑉𝐴 => Cần chọn MBA có công suất tối thiểu là 1476,16 kVA

Công suất của máy biến áp 3 cần phải thay thế bằng máy biến áp loại 1600 kVA

Chịu tải, kVA deltaP, kW deltaQ, kVar deltaA, kWh không tải

Cáp phương án 2 Thứ tự Cáp

Qtt, Kvar Stt, kVA Lộ Itt, A

2 Chiều dài r, Ohm/km x, Ohm/km deltaP

Tổng tổn hao điện năng của cáp, kWh

Cách tính toán như phương án 1, ta chọn cho phương án 2 là 2 máy cắt F400, 9 máy cắt F200

Chi phí và tổn hao của cáp, máy biến áp phương án 2

Cáp Lộ l, m Triệu/km Chi phí, triệu vnđ

2 8 Sơ đồ máy cắt phương án 2

Chịu tải, kVA deltaP, kW deltaQ, kVar deltaA, không kWh tải

Tổng tổn hao điện năng của MBA, kWh 211344

Tổng tổn hao điện năng của cáp 5808.7

Cách tính toán như phương án 1, ta chọn cho phương án 3 là 2 máy cắt F400, 13 máy cắt F200

Chi phí và tổn hao của cáp, máy biến áp phương án 3 Thứ tự Cáp Lộ l, m Triệu/km Chi phí, triệu vnđ

Máy biến áp Triệu vnđ/máy Chi phí, triệu vnđ

2 9 Sơ đồ máy cắt phương án 3

Cấp điện áp Tổn hao (kW) Dòng điện không tải

Chịu tải, kVA deltaP, kW deltaQ, kVar deltaA, không kWh tải

Tổng tổn hao điện năng của cáp, kWh 8525.08

2 10 Sơ đồ máy cắt phương án 4 Cách tính toán như phương án 1, ta chọn cho phương án 4 là 2 máy cắt F400, 9 máy cắt F200

Chi phí và tổn hao của cáp, máy biến áp phương án 4 Thứ tự

Cáp Lộ l, m Triệu/km Chi phí, triệu vnđ

2.2.5 Tính toán kinh tế kĩ thuật chọn phương án thiết kế

Hàm chi phí tính toán:

- Tổng vốn đầu tư (triệu VNĐ): 𝐾 = 𝐾 𝐵𝐷 + 𝐾 𝑀𝐶 = 7395.85

- Tổng tổn thất điên năng (kWh): ∆𝐴 = ∆𝐴 𝐵 + ∆𝐴 𝐷 = 261274.42

- Chi phí tính toán phương án 1:

Tên Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3 Phương án 4

Chi phí dây - MBA, triệu VNĐ 1530.85 2042.55 1524.15 1513.15

Chi phí máy cắt, triệu VNĐ 6670 4715 6279 4715

Tổng vốn đầu tư, triệu VNĐ 8200.85 6757.55 7803.15 6228.15

Tổng tổn thất điện năng, kWh 228585.99 234806.53 217152.9 220075.76

Chi phí hàm tính toán, triệu VNĐ 2917.43 2496.88 2775.25 2308.60

Trong bốn phương án được đề xuất, phương án 4 có chi phí tính toán thấp nhất Tuy nhiên, khi xem xét độ tin cậy, an toàn, khả năng sửa chữa và tổn thất điện năng, nhóm đã quyết định lựa chọn phương án 3 để thiết kế mạng cao áp cho nhà máy.

Thiết kế chi tiết cho phương án được chọn

2.3.1 Lựa chọn sơ đồ trạm PPTT và các trạm BAPX Đường dây cung cấp từ trạm BATG về trạm PPTT của nhà máy dài 12 km sử dụng đường dây trên không, dây nhôm lõi thép, lộ kép

Nhà máy có công suất tối đa 𝑇 𝑚𝑎𝑥 lên tới 4500 ℎ, sử dụng dây dẫn AC với 𝐽 𝑘𝑡 đạt 1,1 𝐴/𝑚𝑚² Khi một dây dẫn bị đứt, dây còn lại sẽ đảm nhận toàn bộ công suất truyền tải.

1,1 = 70,21 𝑚𝑚 2 Chọn dây nhôm lõi thép có tiết diện 120 𝑚𝑚 2 , AC-70 có 𝐼 𝑐𝑝 = 275 𝐴 (Tra tại bảng 10, Sách Giáo trình thiết kế, Ngô Hồng Quang)

Kiểm tra dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp

Dây AC-120 có khoảng cách trung bình học D=2m; 𝑟 0 = 0,46 𝛺/𝑘𝑚; 𝑥 0 = 0,382 𝛺/𝑘𝑚

Nhà máy dệt loại tiêu thụ 1 cần thiết lập một hệ thống thanh góp phân đoạn cho trạm PPTT, với điện áp tối đa 1677,82 V và không vượt quá 5% Mỗi tuyến dây vào và ra khỏi thanh góp, cũng như kết nối giữa các phân đoạn, cần sử dụng máy cắt hợp bộ Để bảo vệ khỏi sét, cần lắp đặt van chống sét trên mỗi phân đoạn thanh góp Ngoài ra, mỗi phân đoạn cũng cần có một máy biến áp đo lường 3 pha 5 trụ, với cuộn tam giác hở để phát hiện chạm đất 1 pha trên cáp 10 kV.

2 12 Tính toán ngắn mạch tại các điểm của mạng cao áp Như ở mục 2.2.1, 𝑋 ℎ𝑡 = 3,12 𝛺 Điểm ngắn mạch N0:

Thông số của đường dây trên không và cáp được tính trong bảng dưới đây: Đường dây Cáp L(m) 𝑟 0 (Ω 𝑘𝑚 ⁄ ) 𝑥 0 (Ω) 𝑅(Ω) 𝑋(Ω)

2 11 Sơ đồ máy cắt phương án đã chọn

√3√5,98 2 + (20,52 + 3,12) 2 = 0,25 𝑘𝐴 => 𝐼 𝑥𝑘 = 1,8√2𝐼 𝑁 = 0.63 𝑘𝐴 Tính tương tự cho các điểm N22, N23, N24, N25, N26, ta thu được bảng sau

Tính toán tương tự với các điểm N 22 , N 23 , N 24 , ta thu được bảng sau: Điểm ngắn mạch

Thông số các MBAPX được tính theo công thức:

𝑆 𝑑𝑚 1 10 1 (Ω) Trong đó: 𝑈 𝑑𝑚 là điện áp phía hạ áp = 400V

Thay số tính toán ta tính được điện trở và điện kháng của các MBAPX ở cấp điện áp 10kV như bảng dưới đây:

Tên trạm S dm (kVA) Δ𝑃𝑁(kW) U N %(kW) R b (Ω) X b (Ω) Z b (Ω)

√3√6,8 2 + (20,53 + 3,12) 2 = 0,25 𝑘𝐴 => 𝐼 𝑥𝑘 = 1,8√2𝐼 𝑁 = 0.63 𝑘𝐴 Tính toán tương tự với các điểm N32, N33, N34, N35, N36, ta thu được bảng: Điểm ngắn mạch

Thanh góp, hay còn gọi là thanh cái hoặc thanh dẫn, là thành phần quan trọng trong các tủ phân phối, tủ động lực hạ áp, tủ máy cắt và các trạm phân phối điện Tại các trạm phân phối, thanh góp thường được sử dụng để đảm bảo sự kết nối và phân phối điện năng hiệu quả.

Các điều kiện chọn thanh góp:

Chọn dòng phát nóng phù hợp hoặc dựa trên mật độ dòng kinh tế, sau đó kiểm tra điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt của dòng ngắn mạch.

Với K_1 phụ thuộc vào việc đặt thanh góp,

𝐾 1 =1 khi thanh góp đặt đứng; 𝐾 1 =0,95 khi thanh góp được đặt nằm ngang

𝐾 2 là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường

Khả năng ổn định động

2.3.3 Kiểm tra các thiết bị điện đã chọn sơ bộ ở phần so sánh kinh tế kỹ thuật

- Kiểm tra cáp trung áp theo điều kiện ổn định nhiệt:

𝐹 𝑜𝑑𝑛 : Thiết diện ổn định của cáp

𝛼: Hệ số xác định bởi nhiệt độ phát nóng của cáp Với dây cáp bằng đồng thì 𝛼 = 7

𝐼 ∞ : Dòng điện ngắn mạch 3 pha xác lập

𝑡 𝑞𝑑 : Thời gian quy đổi nhiệt của dòng ngắn mạch

Tuyến cáp U dm (kV) I N (kA) Alpha T qd F odn Chọn F Kết luận

- Kiểm tra máy cắt theo các điều kiện sau ứng với các chế độ ngắn mạch

𝑡 𝑞𝑑 : thời gian ổn định nhiệt định mức

𝐼 ′′ : dòng ngắn mạch siêu quá độ, trong tính toán ngắn mạch coi như ngắn mạch xa nguồn, bằng dòng ngắn mạch trong chu kỳ

2.3.4 Lựa chọn các thiết bị phân phối khác

- Chọn cầu chì cao áp dựa trên các điều kiện sau:

Dựa trên số liệu đã tính toán và bảng tra PL 3.6, chúng ta có thể chọn cầu chì cao áp do hãng SIEMENS sản xuất cho từng biến áp, như được trình bày trong sách Thiết kế cấp điện.

TBA 𝑈 𝑑𝑚 (kV) S(kVA) 𝐼 𝑙𝑣.𝑚𝑎𝑥 (A) 𝐼 ′′ (kA) Cầu chì

- Chọn cầu dao cao áp dựa trên các tiêu chí sau:

Dựa vào số liệu đã tính toán và bảng tra PL 3.4 trong sách thiết kế cấp điện, ta có thể xác định rằng thông số kỹ thuật của cầu dao phụ tải do ABB chế tạo đáp ứng yêu cầu Bảng chọn cầu dao cho từng biến áp được trình bày rõ ràng, giúp người dùng dễ dàng lựa chọn thiết bị phù hợp.

TBA 𝑈 𝑑𝑚 (kV) S(kVA) 𝐼 𝑙𝑣.𝑚𝑎𝑥 (A) 𝐼 𝑥𝑘𝑁 (kA) 𝐼 ∞ (kA) Cầu dao

A2/A1 Chọn aptomat tổng phía hạ áp của TBAPX dựa trên các tiêu chí sau:

Dòng ngắn mạch quy về điện áp 0.4kV được tính như sau:

Tính toán tương tự với các trường hợp N32, N33, N34, N35 và N36

Dựa vào số liệu và bảng tra trong PL 4.3, chúng ta có thể lựa chọn aptomat tổng từ 16-3200A do Merlin Gerlin sản xuất, với thông số kỹ thuật được xác định theo sách thiết kế cấp điện Lưu ý rằng lựa chọn này áp dụng hệ số k qt = 0.8.

TBA 𝑈 𝑑𝑚 (kV) S dm (kVA) 𝐼 𝑙𝑣.𝑚𝑎𝑥 (A) 𝐼 ′′ (kA) Aptomat

Chọn aptomat phân đoạn hạ áp của TBAPX theo bảng tra trong PL 4.3, với thông số kỹ thuật các loại aptomat từ 16-3200A do Merlin Gerlin sản xuất Sách thiết kế cấp điện cung cấp tiêu chí lựa chọn tương tự như bảng chọn aptomat tổng, giúp người dùng dễ dàng xác định aptomat phù hợp cho hệ thống điện.

TBA 𝑈 𝑑𝑚 (kV) S(kVA) 𝐼 𝑙𝑣.𝑚𝑎𝑥 (A) 𝐼 ′′ (kA) Aptomat

Thiết kế mạng hạ áp cho phân xưởng sửa chữa cơ khí

Vấn đề

Phân xưởng sửa chữa cơ khí có diện tích 2785 m² và được trang bị các thiết bị chia thành 5 nhóm, với công suất tính toán đạt 223.487 kVA, trong đó 41.775 kW dành cho hệ thống chiếu sáng Để cung cấp điện cho phân xưởng, chúng tôi áp dụng sơ đồ hỗn hợp, lấy điện từ một phân đoạn TG 35kV qua trạm biến áp trung gian, sau đó đưa về tủ phân phối qua đường cáp Trong tủ phân phối, có 1 aptomat tổng và 6 aptomat nhánh, cấp điện cho 5 tủ động lực và 1 tủ chiếu sáng.

Tủ phân phối, tủ động lực và tủ chiếu sáng được thiết kế theo sơ đồ hình tia nhằm tối ưu hóa quản lý và vận hành Mỗi tủ động lực cung cấp điện cho một nhóm phụ tải theo sơ đồ hỗn hợp, trong đó các phụ tải công suất lớn nhận điện trực tiếp từ thanh cái, còn các phụ tải công suất nhỏ được kết hợp thành nhóm nhỏ Để nâng cao độ tin cậy trong cung cấp điện, aptomat được lắp đặt ở các đầu vào và ra để bảo vệ thiết bị khỏi quá tải và ngắn mạch Mặc dù việc sử dụng cầu chì và cầu dao làm tăng giá thành của tủ, nhưng đây là xu hướng phổ biến trong cấp điện cho các nhà máy công nghiệp hiện đại.

Lựa chọn aptomat cho tủ phân phối

• Aptomat đầu nguồn đặt tại trạm biến áp:

Chọn aptomat loại ABS1004 do LS chế tạo có thông số được ghi trong bảng:

Loại Số cực Uđm(v) Iđm(A) IN(kA)

Bảng 3.1: Thông số aptomat ABS403c 400A

• Aptomat tổng chọn loại ABS403C như aptomat tại trạm biến áp

• Aptomat ở đầu ra tủ phân phối

Tuyến cáp Itt(A) Loại I đm(A) U đm(V) I cắt(kA)

B ẢNG 3.2: C HỌN APTOMAT CHO CÁC TỦ ĐỘNG LỰC

Lựa chọn cáp

3.3.1 Lựa chọn cáp từ trạm biến áp về tủ phân phối

Phân xưởng sửa chữa cơ khí có:

Vì chỉ có một cáp đi trong rãnh dưới đất nên Khc = 1; điều khiện chọn cáp lá:

Icp ≥ Ilvmax = 339.6(A) Chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi (3 lõi + trung tính), cách điện PVC do hãng LENS chế tạo loại (3 x 120 +

70) có Icp = 343 (A) (bảng 4.22-23 trang 246-249 – Sổ tay lựa chọn và nghiên cứu thiết bị điện – Ngô Hồng Quang)

Kiểm tra cáp theo điều kiện phối hợp với thiết bị bảo vệ khi bảo vệ bằng aptomat:

3.3.2 Lựa chọn cáp từ tủ phân phối về tủ động lực

Các đường cáp từ tủ phân phối (TPP) đến tủ động lực (TĐL) được lắp đặt trong rãnh cáp, chạy dọc theo tường bên trong và bên cạnh lối đi của phân xưởng.

Cáp cần được lựa chọn dựa trên điều kiện phát nóng cho phép, đồng thời phải kiểm tra sự phối hợp với các thiết bị bảo vệ và đảm bảo điều kiện ổn định nhiệt trong trường hợp xảy ra ngắn mạch.

Do chiều dài cáp không lớn nên có thể bỏ qua không cần kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép

Chọn cáp từ tủ phân phối (TPP) tới tủ động lực (TĐLi):

• Chọn cáp đồng 4 lõi cách điện PVC do hãng LENS chế tạo

• Kết quả chọn cáp từ TPP-TĐL được tổng hợp dưới bảng sau:

Tuyến cáp Itt (A) (1,25.Iđm)/1,5 F (mm 2 ) Icp (A)

Bảng 3.3: Cáp từ tủ phân phối tới tủ đông lực

3.3.3 Chọn thanh góp cho các tủ phân phối và tủ động lực

Thanh góp cho tủ phân phối:

Chọn thanh góp theo điều kiện phát nóng cho phép: k1.k2.Icp ≥ Ilvmax =

Trong bài viết, công thức tính dòng điện được đề cập là √3.0,38 = 339,6 A, với hệ số k1 = 1 cho thanh góp đặt đứng và k2 = 1 cho hệ số hiệu chỉnh nhiệt theo môi trường Theo tài liệu PL 7.1-7.2 trang 362 – 363 trong cuốn "Sổ tay lựa chọn và nghiên cứu thiết bị điện" của Ngô Hồng Quang, thanh góp đồng hình chữ nhật M(30x3) có dòng điện định mức Icp = 405 A được lựa chọn, với mỗi pha sử dụng một thanh.

Chiều dài l = 1m; khoảng cách trung bình hình học D = 100m

Thanh góp cho tủ động lực 1:

✓ Chọn thanh góp thep điều kiện phát nóng cho phép:

Chọn thanh góp đồng hình chữ nhật M(25x3) có Icp = 340(A) Mỗi pha đặt một thanh

Các tủ còn lại chọn tương tự:

Bảng 3.4: Thanh góp cho tủ phân phối và tủ động lực

Tính toán ngắn mạch

• Khi tính toán ngắn mạch phía hạ áp, ta xem MBA B2 là nguồn.

Các thiết bị được lựa chọn trong dòng ngắn mạch này sẽ hoạt động hiệu quả trong điều kiện thực tế nếu chúng đáp ứng được các tiêu chí về ổn định động và ổn định nhiệt.

• Để giảm nhẹ khối lượng tính toán ta chỉ kiểm tra với tuyến cáp có khả năng xảy ra sự cố nặng nề nhất là tuyến đến TĐL5

• Khi cần thiết có thể kiểm tra thêm các tuyến cáp còn nghi vấn, việc tính toán cũng tiến hành tương tự

• Sơ đồ nguyên lý thay thế cho sơ đồ đi dây từ TBA B4 cấp điện cho phân xưởng sửa chữa cơ khí, phân xưởng dập như hình

3 2 Sơ đồ thay thế Trong đó:

• PXSCCK nhận điện từ thanh góp 1 (TG1) của trạm B4

• A1 nối giữa MBA B4 và TG1

• A2 đặt ở đầu và cuối đường cáp C1 nối với 2 thanh góp TG1 và TG2

• TG2 đặt trong tủ phân phối của phân xưởng SCCK

• A3 là aptômat đặt ở đầu và cuối đường cáp C2 nhận điện từ tủ phân phối cấp điện cho tủ động lực

5 (TĐL5) Tủ động lực 5 có dòng điện tính toán lớn nhất nên có khả năng xảy ra sự cố nặng nề nhất

- Điện trở và điện kháng của MBA tại trạm B4 quy về hạ áp :

- Điện trở và điện kháng của cáp

-Điện trở và điện kháng của aptomat

Kiểm tra khả năng cắt của áptômát loại ABS1004 có I cắtN = 65 (kA) > 7.63 (kA)

Vậy aptomat đã chọn thoả mãn

Kiểm tra ổn định của thanh góp TG1

• Dự định đặt 3 thanh góp cách nhau 15cm, mỗi thanh đặt trên 2 sứ khung tủ cách nhau 70cm

• Với thanh cái bằng đồng 𝜎 cp = 1400 > 𝜎 tt = 876.27 (kg/cm 2 )

• Vậy thanh cái đã chọn thỏa mãn điều kiện ổn định động

Kiểm tra khả năng cắt của áptômát loại ABN404C có IcắtN = 42 kA > 3,48 (kA) Vậy áptômát đã chọn thoả mãn.

Kiểm tra ổn định động của thanh góp TG2:

• Dự định đặt 3 thanh góp cách nhau 15cm, mỗi thanh đặt trên 2 sứ khung tủ cách nhau

• Với thanh cái bằng đồng 𝜎cp = 1400 > 𝜎tt = 92.3 (kg/cm 2 )

• Vậy thanh cái đã chọn thỏa mãn điều kiện ổn định động

Lựa chọn thiết bị trong tủ động lực và dây dẫn đến các thiết bị trong phân xưởng

3.5.1 Lựa chọn aptomat đầu vào cho tủ động lực

Các aptômat tổng của tủ động lực có thông số tương tự như các aptômat nhánh của tủ phân phối Kết quả lựa chọn aptômat được trình bày trong bảng 1.

3.5.2 Lựa chọn aptomat đầu ra và cáp cho các thiết bị trong tủ động lực

• Điện áp định mức: U đmA ≥ U đmm = 0,4 (kV)

• Dòng điện định mức: I đmA ≥ I lvmax

• Chọn cáp từ tủ động lực đến các động cơ:

• Điều kiện kiểm tra phối hợp với các thiết bị bảo vệ khi bảo vệ bằng aptomat:

Kết quả được tổng hợp dưới bảng sau:

Nhóm STT Tên thiết bị

Kí hiệu trên mặt bằng

Pđm(kW) Itt(A) F(mm2) Icp(A) Loại IddmA(A) Iktđl/1.5(A) Uđm(V)

4 Máy tiện ren cấp chính xác cao

6 Thiết bị để hoá bền kim loại

2 Máy mài dao cắt gọt

4 Máy mài sắc mũi phay

Bảng 3.5: Cáp và aptomat cho tủ động lực

Sơ đồ đi dây cáp từ tủ động lực của phân xưởng sửa chữa cơ khí

3 3 Sơ đồ phân xưởng sửa chữa cơ khí

Sơ đồ nguyên lí hệ thống cung cấp điện cho xưởng cơ khí

3 4 Sơ đồ mạng điện hạ áp PX sửa chữa cơ khí

1 1 Biểu đồ phụ tải các phân xưởng 7

2 1 Sơ đồ đi dây phương án 1… ……….10

2 2 Sơ đồ đi dây phương án 2 10

2 5 Tính toán rường hợp dây và MBA 12

2 6 Tính toán trường hợp chỉ có dây 12

2 7 Sơ đồ máy căt phương án 1 14

2 8 Tính toán ngắn mạch đường dây 14

2 9 Tính toán tổn hảo khi có nhiều máy biến áp, phụ tải trên 1 mạng điện 15

2 10 Sơ đồ máy cắt phương án 2 17

2 13 Sơ đồ máy cắt phương án đã chọn 23

2 14 Tính toán ngắn mạch tại các điểm của mạng cao áp 23

3 3 Sơ đồ phân xưởng sửa chữa cơ khí 38

3 4 Sơ đồ mạng điện hạ áp PX sửa chữa cơ khí 39

Tiêu đề	Thiết kế cấp điện cho nhà máy liên hợp dệt
Tác giả	Vũ Văn Tú, Lê Quang Nghĩa, Vũ Mạnh Khôi, Phạm Duy Thi, Phùng Văn Minh, Bùi Đức Tâm, Cao Quang Kiêm, Nguyễn Công Chính
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Hồng Nhung
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Cung Cấp Điện
Thể loại	Bài tập lớn
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	42
Dung lượng	1,13 MB