ÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CÁC PHÂN XƯỞNG VÀ TOÀN NHÀ MÁY
ĐẶT VẤN ĐỀ
Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết lâu dài và không đổi, tương đương với phụ tải thực tế về hiệu quả phát nhiệt và mức độ hủy hoại cách điện Nó có khả năng làm nóng thiết bị đến nhiệt độ tương tự như phụ tải thực tế, do đó việc chọn thiết bị dựa trên phụ tải tính toán sẽ đảm bảo an toàn cho thiết bị về mặt phát nóng.
Phụ tải tính toán là yếu tố quan trọng trong việc lựa chọn và kiểm tra các thiết bị điện trong hệ thống cung cấp điện như máy biến áp, dây dẫn, và thiết bị đóng cắt Việc tính toán này giúp xác định tổn thất công suất, tổn thất điện năng và điện áp, đồng thời lựa chọn dung lượng bù công suất phản kháng Phụ tải tính toán phụ thuộc vào nhiều yếu tố như công suất, số lượng và chế độ làm việc của thiết bị, cũng như trình độ vận hành hệ thống Nếu phụ tải tính toán thấp hơn thực tế, thiết bị sẽ giảm tuổi thọ và có nguy cơ xảy ra sự cố Ngược lại, thiết bị quá công suất sẽ dẫn đến lãng phí vốn đầu tư và gia tăng tổn thất Dù đã có nhiều nghiên cứu và phương pháp xác định phụ tải tính toán, nhưng chưa có phương pháp hoàn thiện nào Các phương pháp hiện có thường phức tạp và đòi hỏi nhiều thông tin, do đó việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất cần thiết trong quy hoạch và thiết kế hệ thống cung cấp điện.
QUY MÔ, CÔNG NGHỆ NHÀ MÁY
Nhà máy cơ khí Hồng Phong có quy mô khá lớn với 10 phân xưởng sản xuất và nhà làm việc
Bảng 1.1 Dây chuyền và thiết bị nhà xưởng của nhà máy
Tên phân xưởng Công suất đặt (KW)
1 Ban quản lý và phòng thiết kế 120 1538
2 Phân xưởng cơ khí số 1 3500 2125
3 Phân xưởng cơ khí số 2 4000 3150
4 Phân xưởng luyện kim màu 3000 2325
5 Phân xưởng luyện kim đen 2500 4500
6 PX sửa chữa cơ khí (SCCK) Tính toán 1100
11 Chiếu sáng phân xưởng Tính toán 27557
Hình 1.1.Mặt bằng phân xưởng sửa chữa cơ khí
Nhà máy hiện đang hoạt động với 2 ca và thời gian tối đa là 4500 giờ, sử dụng công nghệ hiện đại Trong tương lai, nhà máy dự kiến mở rộng lắp đặt máy móc tiên tiến hơn Về mặt cung cấp điện, thiết kế cần đảm bảo khả năng gia tăng phụ tải kỹ thuật và kinh tế, tránh tình trạng quá tải trong vài năm tới và cũng không để thừa công suất, gây lãng phí Việc ngừng cung cấp điện sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng hoạt động của nhà máy, dẫn đến thiệt hại cho nền kinh tế quốc dân, do đó nhà máy được phân loại là phụ tải loại I, cần được đảm bảo cung cấp điện liên tục và an toàn Trong nhà máy có Ban quản lý và Phòng thiết kế, phân xưởng sửa chữa cơ khí, kho vật liệu thuộc loại III, trong khi các phân xưởng còn lại thuộc loại I.
Hình 1.1 Sơ đồ mặt bằng nhà máy cơ khí Hồng Phong.
XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN THEO CÔNG SUẤT TRUNG BÌNH VÀ HỆ SỐ CỰC ĐẠI: Theo phương pháp này
P tt = K Max P tb = K Max K sd P đm (1 - 1)
P tb - công suất trung bình của phụ tải trong ca mang tải lớn nhất
P đm - công suất định mức của phụ tải
K sd - hệ số sử dụng công suất của phụ tải
K Max - hệ số cực đại công suất tác dụng với khoảng thời gian trung bình hoá T0 phút
Phương pháp này được sử dụng để tính toán phụ tải cho nhóm thiết bị và các tủ động lực trong toàn bộ phân xưởng, mang lại kết quả chính xác Tuy nhiên, nó yêu cầu một lượng thông tin đầy đủ về các phụ tải, bao gồm chế độ làm việc, công suất đặt, số lượng thiết bị trong nhóm, và các thông số như k sdi, pđmi, cos i.
1.3.1 Xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và độ lệch trung bình bình phương :
P tt = P tb tb (1-2) Trong đó:
P tb - Phụ tải trung bình của đồ thị nhóm phụ tải
- Bộ số thể hiện mức tán xạ tb - Độ lệch của đồ thị nhóm phụ tải
Phương pháp này được sử dụng chủ yếu để tính toán phụ tải cho các nhóm thiết bị trong phân xưởng hoặc toàn bộ xí nghiệp Tuy nhiên, nó ít được áp dụng trong thiết kế mới do yêu cầu nhiều thông tin về phụ tải, điều này chỉ phù hợp với các hệ thống đang hoạt động.
1.3.2 Xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số hình dạng :
Q tt = K hdq Q tb hoặc Q tt = P tt tg (1-4)
P tb ; Q tb - Phụ tải tác dụng và phản kháng trung bình trong ca mang tải lớn nhất
K hd ; K hdq - Hệ số hình dạng (tác dụng và phản kháng) của đồ thị phụ tải
Phương pháp này được áp dụng để tính toán phụ tải tại thanh cái của tủ phân phối trong phân xưởng hoặc thanh cái hạ áp của trạm biến áp Tuy nhiên, phương pháp này ít được sử dụng trong thiết kế mới do yêu cầu cần có đồ thị của nhóm phụ tải.
1.3.3 Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu :
Theo phương pháp này thì
K nc - Hệ số nhu cầu của nhóm phụ tải
P đ - Công suất đặt của nhóm phụ tải
Phương pháp này, mặc dù không hoàn toàn chính xác, lại đơn giản và nhanh chóng, thường được sử dụng để tính toán phụ tải cho các phân xưởng và toàn bộ xí nghiệp Nó đặc biệt hữu ích khi thiếu thông tin chi tiết về các phụ tải hoặc khi cần thực hiện tính toán sơ bộ phục vụ cho việc quy hoạch.
1.3.4 Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản suất :
Theo phương pháp này thì:
P tt = p 0 F (1-6) Trong đó; p 0 - Suất phụ tải tính toán cho một đơn vị diện tích sản xuất
F - Diện tích sản suất có bố trí các thiết bị dùng điện
Phương pháp này thường được sử dụng để ước tính phụ tải điện, mặc dù kết quả có thể không chính xác Tuy nhiên, nó vẫn có thể áp dụng cho một số phụ tải đặc biệt, trong đó mức tiêu thụ điện phụ thuộc vào diện tích hoặc có sự phân bố phụ tải đồng đều trên toàn bộ khu vực sản xuất.
1.3.5 Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị sản phẩm và tổng sản lƣợng :
P tt = K M P tb (2-8) Trong đó: a 0 - [kWh/1đv] suất chi phí điện cho một đơn vị sản phẩm
M - Tổng sản phẩm sản xuất ra trong khoảng thời gian khảo sát
P tb - Phụ tải trung bình của xí nghiệp
K M - Hệ số cực đại công suất tác dụng
Phương pháp này chủ yếu được áp dụng để ước tính và xác định sơ bộ phụ tải trong quy hoạch, cũng như để lập kế hoạch nguồn cho doanh nghiệp.
1.3.6 Xác định phụ tải đỉnh nhọn của nhóm thiết bị
Phụ tải đỉnh nhọn của nhóm thiết bị xảy ra khi thiết bị có dòng khởi động lớn nhất được khởi động, trong khi các thiết bị khác trong nhóm vẫn hoạt động bình thường Phụ tải này được tính toán dựa trên công thức cụ thể.
I đn = I kđ (max) + (I tt - k sd I đm (max) ) (1-9)
I kđ (max) - dòng khởi động của thiết bị có dòng khởi động lớn nhất trong nhóm máy
I tt - dòng điện tính toán của nhóm máy
I đm (max) - dòng định mức của thiết bị đang khởi động k sd - hệ số sử dụng của thiết bị đang khởi động
Trong số các phương pháp đã đề cập, phương pháp 4, 5 và 6 dựa trên kinh nghiệm thiết kế và vận hành, do đó chỉ cho kết quả gần đúng nhưng lại đơn giản và tiện lợi Ngược lại, các phương pháp còn lại được xây dựng dựa trên lý thuyết xác suất thống kê, xem xét nhiều yếu tố, nên cho kết quả chính xác hơn, mặc dù yêu cầu khối lượng tính toán lớn hơn và phức tạp hơn.
Tùy thuộc vào yêu cầu tính toán và thông tin có sẵn về phụ tải, người thiết kế có thể lựa chọn các phương pháp phù hợp để xác định PTTT.
Trong đồ án này, phân xưởng SCCK đã được xác định rõ vị trí, công suất đặt và chế độ làm việc của từng thiết bị, cho phép tính toán phụ tải động lực bằng phương pháp dựa trên công suất trung bình và hệ số cực đại Đối với các phân xưởng còn lại, do chỉ biết diện tích và công suất đặt, nên phương pháp tính toán phụ tải động lực được áp dụng dựa trên công suất đặt và hệ số nhu cầu Phụ tải chiếu sáng của các phân xưởng được xác định theo suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích sản xuất.
XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CHO PXSCCK
Phân xưởng sửa chữa cơ khí có diện tích 1100 m² và trang bị 69 thiết bị với công suất khác nhau Để đánh giá chế độ làm việc của các thiết bị, chúng ta sử dụng hệ số tải (k t ) Hầu hết các thiết bị hoạt động ở chế độ dài hạn với hệ số tải đạt 0,9.
Phân xưởng sửa chữa cơ khí cần tuân thủ các đề thiết kế giáo học để có thông tin chi tiết về phụ tải Để đạt được kết quả chính xác, phương pháp tính toán được khuyến nghị là "Tính phụ tải theo công suất trung bình và hệ cực đại".
1.4.1 Giới thiệu phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình P tb và hệ số cực đại k max ( còn gọi là phương pháp số thiết bị dùng điện hiệu quả n hq )
P tt = K Max P tb = K Max K sd P đm (1-10) Trong đó:
P tb - Công suất trung bình của phụ tải trong ca mang tải lớn nhất
P đm - Công suất định mức của phụ tải (tổng công suất định mức của nhóm phụ tải)
K sd là hệ số sử dụng công suất tác dụng của phụ tải, cho phép xác định hệ số sử dụng chung của nhóm phụ tải từ hệ số sử dụng của từng thiết bị đơn lẻ trong nhóm.
K Max là hệ số cực đại công suất tác dụng của nhóm thiết bị, được xác định dựa trên số lượng thiết bị điện hiệu quả và hệ số sử dụng của nhóm máy.
Như vậy để xác định phụ tải tính toán theo phương pháp này chúng ta cần phải xác định đƣợc hai hệ số K sd và K Max
Hệ số sử dụng là tỷ số giữa công suất trung bình và công suất định mức Trong thiết kế, hệ số sử dụng của từng thiết bị thường được tra cứu trong các bảng của sổ tay, từ đó có thể xác định hệ số sử dụng chung của toàn nhóm thiết bị theo công thức: n i dmi n i sdi dmi dm tb sd p k p P.
Trong bài viết này, p đmi đại diện cho công suất định mức của phụ tải thứ i trong nhóm thiết bị, trong khi k sdi là hệ số sử dụng công suất tác dụng của phụ tải thứ i Tổng số thiết bị trong nhóm được ký hiệu là n.
Ksd - hệ số sử dụng trung bình của cả nhóm máy
Hệ số sử dụng công suất phản kháng cũng có thể được xác định tương tự như hệ số sử dụng công suất thực Tuy nhiên, do thiếu tài liệu tham khảo về hệ số này, chúng tôi sẽ không đề cập đến công thức tính toán trong bài viết này.
Hệ số cực đại KMax là thông số quan trọng, phụ thuộc vào chế độ làm việc của phụ tải và số lượng thiết bị điện hoạt động hiệu quả trong nhóm máy Trong quá trình thiết kế, hệ số này được xác định thông qua bảng tra cứu dựa trên K sd và n hq của nhóm máy.
Số thiết bị dùng điện hiệu quả được định nghĩa là số lượng thiết bị giả định có cùng công suất và chế độ làm việc, tạo ra một phụ tải tính toán tương đương với phụ tải tính toán của nhóm thiết bị điện thực tế có công suất và chế độ làm việc khác nhau Để xác định số thiết bị điện hiệu quả, có thể áp dụng công thức: n = (Σdmi)/(Σhq * p).
Các trường hợp riêng để xác định nhanh nhq:
Trường hợp 1: Khi 3 m in m ax dm dm p m p và 0 , 4
Trong đó: pdm max - công suất định mức của thiết bị lớn nhất trong nhóm pdm min - công suất định mức của thiết bị nhỏ nhất trong nhóm
K sd - hệ số sử dụng công suất trung bình của nhóm máy
Trường hợp 2: Khi trong nhóm có n 1 thiết bị có tổng công suất định mức nhỏ hơn hoặc bằng 5% tổng công suất định mức của toàn nhóm n i dmi n i dmi S
Trường hợp 3: Khi m > 3 và K sd 0,2
Chú ý: nếu khi tính ra nhq > n thì lấy
Khi không thể áp dụng các phương pháp đơn giản để tính nhanh n * hq, bạn có thể sử dụng đường cong hoặc bảng tra Các công cụ này thường thể hiện mối quan hệ giữa n * hq (số thiết bị hiệu quả tương đối) và các đại lượng n * và P * Sau khi xác định được n * hq, bạn có thể tính toán số thiết bị điện hiệu quả cho nhóm máy.
Trong đó: n n * n 1 và dm dm
P * P 1 n1 - số thiết bị có công suất lớn hơn một nửa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm máy
Pđm1 - tổng công suất định mức của n1 thiết bị
Pđm - tổng công suất định mức của n thiết bị (tức của toàn bộ nhóm)
Khi xác định phụ tải tính toán theo phương pháp số thiết bị dùng điện hiệu quả n hq, có thể áp dụng các công thức gần đúng trong một số trường hợp cụ thể để đạt được kết quả chính xác hơn.
* Nếu n 3 và n hq < 4 , phụ tải tính toán đƣợc tính theo công thức : n i dmi tt P
* Nếu n > 3 và nhq < 4 , phụ tải tính toán đƣợc tính theo công thức : n i dmi ti tt k P
Hệ số phụ tải của thiết bị thứ i, ký hiệu là kti, có thể được xác định gần đúng trong trường hợp thiếu số liệu chính xác Cụ thể, kti được lấy là 0,9 cho các thiết bị hoạt động ở chế độ dài hạn và 0,75 cho các thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại.
* Nếu n > 300 và ksd 0,5 phụ tải tính toán đƣợc tính theo công thức : n i dmi sd tt k P
Đối với các thiết bị có đồ thị phụ tải phẳng như máy bơm và quạt nén khí, phụ tải tính toán có thể được xác định bằng phụ tải trung bình, được tính theo công thức: P_k = n * i * dmi * sd_tb * tt.
Để phân phối đều các thiết bị một pha trong mạng ba pha, cần quy đổi công suất của các phụ tải một pha về ba pha tương đương trước khi xác định n hq.
Nếu thiết bị 1 pha đấu vào điện áp pha : P qđ = 3.Ppha max
Nếu thiết bị 1 pha đấu vào điện áp dây : P qđ = 3P pha max
XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA CÁC PHÂN XƯỞNG
1 Ban quản lý và phòng thiết kế :
Tra bảng PL1.3(TL1)với ban quản lý và phòng thiết kế có knc = 0,8 ; cos = 0,8
Tra bảng PL1.7(TL1) ta có suất chiếu sáng p 0 = 15 2 m
W , ở đây sử dụng bóng đèn sợi đốt nên cos cs = 1
* Công suất tính toán động lực :
* Công suất tính toán chiếu sáng:
* Công suất tính toán tác dụng của phân xưởng
* Công suất tính toán phản kháng của toàn phân xưởng:
Qtt = Qđl = Pđl tg = 119,07 0,75 = 89,302 ( kVar )
Công suất tính toán của toàn phân xưởng:
Các phân xưởng khác được tính toán tương tự kết quả ghi trong bảng:
Bảng 1.5 Phụ tải tính toán các phân xưởng
Tên phân xưởng P đ kW k nc cos p 0 m 2
Ban quản lý và phòng thiết kế
Phân xưởng cơ khí số 1
Phân xưởng cơ khí số 2
Phân xưởng luyện kim màu
Phân xưởng luyện kim đen
PX sửa chữa cơ khí
1.6 XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN TOÀN NHÀ MÁY
* Phụ tải tính toán tác dụng của toàn nhà máy:
Phụ tải tính toán phản kháng toàn nhà máy :
Phụ tải tính toán toàn phần của nhà máy:
Hệ số công suất của toàn nhà máy: cos 0,73 ttnm ttnm nm S
XÁC ĐỊNH TÂM PHỤ TẢI ĐIỆN VÀ BIỂU ĐỒ PHỤ TẢI
Trọng tâm phụ tải của xi nghiệp là một chỉ số quan trọng giúp các nhà thiết kế xác định vị trí tối ưu cho các trạm biến áp và trạm phân phối, từ đó giảm thiểu tổn thất năng lượng Bên cạnh đó, trọng tâm phụ tải còn hỗ trợ xi nghiệp trong việc quy hoạch và phát triển sản xuất trong tương lai, nhằm xây dựng các sơ đồ cung cấp điện hợp lý, tránh lãng phí và đạt được các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật mong muốn.
Tâm qui ước của phụ tải xí nghiệp được xác định bởi điểm M với tọa độ M(x0, y0, z0) Tọa độ x0 được tính theo công thức x0 = m i t t PXi / m i i t t PXi, giúp xác định vị trí chính xác trong hệ trục tọa độ tùy chọn.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về Stt PXi, là phụ tải tính toán của phân xưởng i Các tọa độ xi, yi, zi đại diện cho vị trí của phân xưởng i theo hệ trục tọa độ tùy chọn Ngoài ra, m là số lượng phân xưởng có phụ tải điện trong xí nghiệp.
1.7.2 Biểu đồ phụ tải điện
Biểu đồ phụ tải thể hiện độ lớn và sự phân bố của phụ tải trên mặt bằng xí nghiệp, giúp xác định mật độ phụ tải tại các vị trí khác nhau Thông qua đó, người thiết kế có thể chọn vị trí phù hợp cho các trạm biến áp và trạm phân phối Nắm rõ mật độ phụ tải cũng hỗ trợ trong việc lựa chọn sơ đồ CCĐ tối ưu, giảm thiểu tổn thất và đạt được các chỉ tiêu kinh tế Hơn nữa, biểu đồ phụ tải cung cấp thông tin về cơ cấu phụ tải, giúp xây dựng các phương án CCĐ hợp lý, đáp ứng tốt nhất các yêu cầu của phụ tải.
Bán kính vòng tròn phụ tải có thể đƣợc xác định bằng biểu thức sau:
Trong đó: RPX i - [cm hoặc mm] bán kính vòng tròn phụ tải của phân xưởng i
S tt px i - [kVA] là phụ tải tính toán của phân xưởng i, trong khi m - [kVA/cm; mm] là hệ số tỷ lệ tùy chọn Để thể hiện cơ cấu phụ tải trong vòng tròn phụ tải, người ta thường chia vòng tròn này theo tỷ lệ giữa công suất chiếu sáng và động lực Do đó, góc của phần công suất chiếu sáng có thể được tính theo công thức: csi = ttpxi / cspxi.
Trong đó: csi - Góc của phụ tải chiếu sáng phân xưởng i
P cspsi - Phụ tải chiếu sáng của phân xưởng i
P ttpxi - Phụ tải tính toán phân xưởng i
Trên mặt bằng nhà máy, chúng ta có thể vẽ một hệ tọa độ xoy, trong đó xác định vị trí tọa độ trọng tâm của các phân xưởng là (xi; yi) Từ đó, chúng ta có thể tìm ra các tọa độ tối ưu M0 (x0; y0) cho việc bố trí nhà máy hiệu quả.
Bảng 1.6.Kết quả tính toán bán kính R và góc cs của biểu đồ phụ tải
1 Ban quản lý và phòng thiết kế 23,07 119,07 148,48 4,1 69,7
2 Phân xưởng cơ khí số 1 31,85 1081,87 1803,12 10,7 10,6
3 Phân xưởng cơ khí số 2 47,25 1247,25 2078,75 14,8 13,6
4 Phân xưởng luyện kim màu 34,87 2134,87 2668,59 16,8 5,8
5 Phân xưởng luyện kim đen 67,5 1817,5 2271,87 15,5 13,3
6 PX sửa chữa cơ khí
Hình 1.2 Biểu đồ phụ tải của nhà máy cơ khí Hồng Phong
HIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN CAO ÁP CHO NHÀ MÁY
YÊU CẦU ĐỐI VỚI CUNG CẤP ĐIỆN
Yêu cầu về cung cấp điện và nguồn điện rất đa dạng, phụ thuộc vào giá trị của nhà máy và công suất cần thiết Khi thiết kế sơ đồ cung cấp điện, cần lưu ý các yếu tố đặc trưng như điều kiện khí hậu, địa hình, và độ tin cậy của thiết bị Đồng thời, các đặc điểm của quá trình sản xuất và công nghệ cũng cần được xem xét để xác định mức độ an toàn trong cung cấp điện và thiết lập sơ đồ cấp điện hợp lý.
Việc lựa chọn sơ đồ cung cấp điện cần dựa vào ba yếu tố chính: độ tin cậy, tính kinh tế và an toàn Độ tin cậy của sơ đồ cấp điện được xác định bởi loại hộ tiêu thụ, từ đó quyết định số lượng nguồn cung cấp cần thiết cho sơ đồ.
Sơ đồ cung cấp điện cần đảm bảo an toàn cho người và thiết bị trong suốt quá trình vận hành Bên cạnh đó, khi lựa chọn sơ đồ, cần xem xét các yếu tố kỹ thuật khác như tính đơn giản, thuận tiện cho vận hành, khả năng linh hoạt trong xử lý sự cố và các biện pháp tự động hóa.
2.2 LỰA CHỌN CẤP ĐIỆN ÁP TRUYỀN TẢI TỪ KHU VỰC VỀ
2.2.1 Các công thức kinh nghiệm xác định điện áp truyền tải
Trong tính toán điện áp truyền tải thông thường người ta thường sử dụng một số công thức kinh nghiệm sau:
16 (2-3) Trong đó: U - Điện áp truyền tải tính bằng [kV] l - Khoảng cách truyền tải tính bằng [km]
P - Công suất cần truyền tải tính bằng [1000 kW]
Nhƣ vậy cấp điện áp hợp lý để truyền tải điện năng về nhà máy sẽ là :
Nhƣ vậy ta chọn cấp điện áp để cung cấp cho nhà máy là 35 kV
VẠCH CÁC PHƯƠNG ÁN CẤP ĐIỆN
Khi xác định hộ tiêu thụ trong nhà máy, chúng ta có thể dựa vào đó để đánh giá tổng thể hiệu suất của toàn bộ nhà máy Việc phân tích số hộ tiêu thụ sẽ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên.
3 là: Phân xưởng sửa chữa cơ khí , ban quản lý và phòng thiết kế , kho vật liệu ; và số hộ tiêu thụ loại 1 là các PX còn lại
Hình 2.1 Các sơ đồ đặc trƣng cung cấp điện cho xí nghiệp 2.3.1 Chọn phương án về các trạm biến áp phân xưởng
Các TBA đƣợc lựa chọn dựa trên các nguyên tắc sau :
+ Vị trí trạm cần phải gần tâm phụ tải (nhàm giảm tổn thất điện năng, điện áp, )
Vị trí lắp đặt trạm cần được chọn ở những khu vực thuận lợi cho việc lắp đặt, vận hành và bảo trì sau này Cần đảm bảo có đủ không gian để dễ dàng thay thế máy biến áp và gần các tuyến đường vận chuyển.
Vị trí trạm cần được xác định sao cho không gây ảnh hưởng đến giao thông và việc vận chuyển vật tư chính của xí nghiệp Đồng thời, vị trí này cũng phải thuận lợi cho việc làm mát tự nhiên với thông gió tốt, có khả năng phòng cháy, phòng nổ hiệu quả và tránh xa các hóa chất hoặc khí ăn mòn có thể phát sinh từ hoạt động của xí nghiệp.
Việc chọn vị trí các trạm cần dựa trên mặt bằng công nghệ và hướng gió của xí nghiệp trong khu vực tổng thể Quyết định vị trí nên hài hòa giữa các nguyên tắc, bởi mỗi nguyên tắc phục vụ một yêu cầu cụ thể, nhưng đôi khi có thể mâu thuẫn với nhau, như nguyên tắc gần tâm phụ tải có thể vi phạm các nguyên tắc khác Ngoài ra, còn có những lý do đặc biệt như quốc phòng hay chính trị có thể ảnh hưởng đến việc tuân thủ các nguyên tắc này.
Căn cứ vào vị trí , công suất và yêu cầu cung cấp điện của các phân xưởng có thể đưa ra các phương án :
Phương án 1 : Đặt 7 TBA phân xưởng , trong đó :
Trạm biến áp B1 : Ban quản lý và phòng thiết kế
Chọn MBA tiêu chuẩn S đm = 160 kVA
Tương tự ta có bảng 2.1
Phương án 1 Tên phân xưởng Stt(KVA) ( )
1 S tt kVA Số lƣợng MBA
Trạm B1 ban quản lý và phòng thiết kế 148.48 106.05 1 160KVA
Trạm B3 pxck2 và px nén khí 2710.89 1936.35 2 1000KVA Trạm B4 Px luyện kim màu 2668.59 1906.13 2 1000KVA
Trạm B5 Px luyện kim đen và
Trạm B6 Px rèn và kho vật liệu 669.11 477.93 1 630KVA
Trạm b7 Px nhiệt luyện 1505.88 1075.62 2 630KVA
Các MBA đều chọn máy biến áp do Viêt Nam chế tạo
Bảng 2.1 Trạm BA cấp điện cho các PX
Phương án 2 : Đặt 6 TBA phân xưởng , trong đó :
Phương án 2 Tên phân xưởng Stt(KVA) ( )
Trạm B1 Ban ql và phong tk-Pxxk 1 1951.19 1401.34 2 800KVA
Trạm B2 Pxck 2 và px nén khí 2710.89 1936.35 2 1000KVA
Trạm B3 Pxlk đen và Px rèn 2687.58 1919.7 2 1000KVA
Trạm B5 Pxscck và Px nhiêt luyện 1648.3 1177.35 2 630KVA
Trạm B6 Kho vât liệu 253.4 181 1 200KVA
Bảng 2.2 Trạm BA của PA2 2.3.2 Phương án cung cấp điện cho các trạm biến áp phân xưởng
1 Các phương án cung cấp điện cho các trạm biến áp phân xưởng : a Phương án sử dụng sơ đồ dẫn sâu : Đưa đường dây trung áp 35kV vào sâu trong nhà máy đến tận các trạm biến áp phân xưởng b Phương án sử dụng trạm phân phối trung tâm ( TPPTT) Điện năng từ hệ thống cung cấp cho các trạm biến áp phân xưởng thông qua TPPTT c Phương án sử dụng trạm biến áp trung gian (TBATG) :
Nguồn 35 kV từ hệ thống về qua TBATG đƣợc hạ xuống điện áp 10kV để cung cấp cho các trạm biến áp phân xưởng vì nhà máy được xếp vào hộ loại 1 nên trạm biến áp trung gian phải đặt 2 máy biến áp với công suất đƣợc chọn theo điều kiện :
Chọn máy biến áp tiêu chuẩn : 5600 kVA
Kiểm tra dung lượng máy biến áp theo điều kiện quá tải sự cố là cần thiết, với giả định rằng 30% hộ loại 1 trong nhà máy là phụ tải loại 3 có thể tạm ngừng cung cấp điện khi cần thiết.
S k n tt dmB ttsc dmB qt
Vậy trạm biến áp trung gian sẽ đặt 2 MBA : 5600 kVA- 35/10,5 kV
2.3.3.Xác định vị trí đặt các trạm biến áp phân xưởng
Trong các nhà máy thường dùng các kiểu TBA phân xưởng :
Các trạm biến áp (TBA) cung cấp điện cho phân xưởng có thể được xây dựng liền kề, với một tường chung, giúp tiết kiệm chi phí xây dựng và giảm thiểu ảnh hưởng đến các công trình khác Để chọn vị trí đặt các TBA cho phân xưởng, cần xác định tâm phụ tải của từng phân xưởng hoặc nhóm phân xưởng được cấp điện từ các TBA này.
Xác định vị trí đặt trạm biến áp B1 ( phương án 1 ) cung cấp điện cho : Ban quản lý và phòng thiết kế:
Bảng 2.3.Kết quả xác định vị trí đặt các TBA phân xưởng :
Phương án Tên trạm Vị trí đặt
TÍNH TOÁN KINH TẾ - KĨ THUẬT LỰA CHỌN PA HỢP LÝ
- Chọn máy cắt hợp bộ phía cao áp TBATG(35-10.5KV) loại 8DA10 có Udm6kv, cách điện SF6,idm%00A (phia 35KV), Inmax0KA, In 1- 3s@KA (hãng SIEMENS)
- Chọn máy căt phía hạ áp TBATG(35-10.5KV) lọai 8DC11 có UdmKV, SF6, Idm50A (phia 10KV), inmaxckA, in 1-3s%kA (Hãng SIEMENS)
- Chọn dao cách ly phía cao áp 35KV loại 3DC có Udm = 36KV, idm = 2500A, inmax = 50ka, int = 20ka (Hãng SIEMENS)
- Chọn chống sét van loại PBC-35KV do Liên Xô chế tạo
2.4.2 Tính toán các phương án Để so sánh và lựa chọn phương án hợp lý ta sử dụng hàm chi phí tính toán Z và chỉ xét đến những phần khác nhau trong các phương án để giảm khối lượng tính toán :
Trong đó : avh - Hệ số vận hành , avh = 0,1 ; atc - hệ số tiêu chuẩn , atc = 0,2 ;
K - vốn đầu tư cho trạm biến áp và đường dây ; c - giá tiền 1 kWh tổn thất điện năng , c = 1000 đ/kWh
A - Tổn thất điện năng trong máy biến áp
Hình 2.1 Phương án cung cấp điện cho nhà máy
1 Chọn máy biến áp phân xưởng và xác đinh tổn thất điện năng A trong các trạm biến áp :
* Chọn máy biến áp phân xưởng :
Dựa trên công suất đã được xác định ở phần trước, chúng tôi đã lập bảng kết quả chọn máy biến áp cho các trạm biến áp phân xưởng do Việt Nam sản xuất.
Bảng 2.4 - Kết quả chọn MBA trong các TBA của phương án 1
Tổng vốn đầu tƣ cho trạm biến áp : KB = 1445400.10 3
Xác định tổn thất điện năng A trong các TBA :
Trong đó : n- số máy biến áp ghép song song t - Thời gian máy biến áp vận hành , với mỗi MBA vận hành suốt 1 năm t60 h
Các TBA khác cũng tính toán tương tự , kết quả cho trong bảng 3.3
Bảng 2.5 - Kết quả tính toán tổn thất điện năng trong các TBA của phương án 1
Stt(kVA ) SĐM(kVA) P 0 (kW) P N (kW) A(kWh)
Tổng tổn thất điện năng trong các TBA : A B = 711852 kWh
2.Chọn dây dẫn và xác định tổn thất công suất , tổn thất điện năng trong mạng điện :
* Chọn cao áp từ trạm biến áp trung gian về các trạm biến áp phân xưởng :
Cáp cao áp được lựa chọn dựa trên mật độ kinh tế của dòng điện jkt Đối với nhà máy sản xuất đồng hồ đo chính xác hoạt động 2 ca với Tmax = 4500 giờ, cáp lõi đồng được sử dụng và giá trị jkt được xác định là 3,1 A/mm².
Tiết diện kinh tế của cáp m ax ( mm 2 ) j
Các cáp từ TBATG về các trạm phân xưởng đều là lộ kép nên : dm ttpx
Dựa vào công thức F kt, tính toán và tra bảng để lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp gần nhất Sau đó, kiểm tra tiết diện cáp đã chọn theo điều kiện phát nóng với công thức k hc I cp I sc.
Khi xảy ra sự cố đứt một cáp, dòng điện ngắn mạch được tính bằng công thức I_sc = 2.I_max khc = k1.k2 Trong đó, k1 là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ, với giá trị k1 = 1 Hệ số k2 được điều chỉnh dựa trên số lượng dây cáp đặt trong cùng một rãnh; cụ thể, trong trường hợp này, mỗi rãnh đều có 2 cáp và khoảng cách giữa các sợi là 300 mm Theo PL 4.22 (TL1), giá trị của k2 được xác định là 0,93.
Vì chiều dài cáp từ TBATG TBAP X ngắn nên tổn thất điện áp nhỏ , ta có thể bỏ qua không cần kiểm tra lại theo điều kiện U cp
Chọn cáp từ nguồn về TPPTT :
Tmax = 4500 h Jkt =1,1 vậy dòng điện lớn nhất chạy trên dường dây:
Tra bảng trang 294-sách CCĐ đƣợc dây AC - 95
Chọn cáp từ TPPTT đến B 1 :
Tiết diện kinh tế của cáp : m ax 1,38( 2 )
Chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất F = 16 mm² cho cáp đồng 3 lõi 10 kV, cách điện XPLE, đai thép và vỏ PVC của hãng FURUKAWA (Nhật) với dòng điện định mức 0 A.
Kiểm tra tiết diện cáp đã chọn theo điều kiện phát nóng :
Cáp đã chọn thoả mãn điều kiện phát nóng
Tính toán tương tự ta chọn được các đường cáp đến các trạm biến áp phân xưởng khác Kết quả chọn cáp phương án 1 được ghi trong bảng 2.6:
Bảng 2.6 - Kết quả chọn cáp cao áp của phương án 1 Đường cáp F(mm 2 ) L(m) R0
Tổng vốn đầu tư cho đường dây : KD = 75750 10 3 đ
Xác định tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây :
Tổn thất tác dụng trên các đường dây được tính theo công thức :
0 l n r R n : Số đường dây đi song song
Tổn thất P trên đoạn cáp TPPTT-B1
Các đường dây khác cũng tính tương tự , kết quả cho trong bảng dướiđây:
Bảng 2.7 - Tổn thất công suất trên đường dây của phương án Đường cáp F(mm 2 ) L(m) R0
Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây : P D ,27 kW
Xác định tổn thất điện năng trên các đường dây được tính theo công thức
Trong đó : - thời gian tổn thất công suất lớn nhất , tra bảng 4-1 (TL1) với TmaxE00 h và tìm đƣợc = 2886
3.Chi phí tính toán của phương án 1 :
Tổng tổn thất điện năng trong các trạm biến áp và đường dây :
Hình 2.2 _ Sơ đồ phương án 2
1 Chọn máy biến áp phân xưởng và xác đinh tổn thất điện năng A trong các trạm biến áp :
* Chọn máy biến áp phân xưởng :
Bảng 2.8 - Kết quả chọn MBA trong các TBA của phương án II
Tổng vốn đầu tƣ cho trạm biến áp : K B = 1354400.10 3 đ
Xác định tổn thất điện năng A trong các TBA :
Bảng 2.9 Kết quả tính toán tổn thất điện năng trong các TBA của phương án II Tên
Số máy S tt (kVA) S ĐM (kVA) P 0 (kW) P N (kW) A(kWh)
Tổng tổn thất điện năng trong các TBA : A B s7223 kWh
2.Chọn dây dẫn và xác định tổn thất công suất , tổn thất điện năng trong mạng điện :
Tính toán tương tự ta chọn được các đường cáp đến các trạm biến áp phân xưởng khác Kết quả chọn cáp phương án 1 được ghi trong bảng 2.10:
Bảng 2.10 Kết quả chọn cáp cao áp và hạ áp của phương án II Đường cáp F(mm 2 ) L(m)
Tổng vốn đầu tư cho đường dây : K D = 76950 10 3 đ Xác định tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây :
Các đường dây khác cũng tính tương tự , kết quả cho trong bảng dưới đây:
Bảng 2.11 - Tổn thất công suất trên đường dây của phương án II Đường cáp F(mm 2 ) L(m)
Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây : P D = 9,9885 kW
Xác định tổn thất điện năng trên các đường dây được tính theo công thức
AD= PD ( kWh ) với T max E00 h đƣợc = 2886
3.Chi phí tính toán của phương án II :
Tổng tổn thất điện năng trong các trạm biến áp và đường dây :
Phương án 2 cho thấy chi phí tính toán thấp hơn và số lượng trạm biến áp ít hơn, điều này mang lại lợi thế trong công tác xây lắp, quản lý và vận hành.
Do vậy chọn Phương án 2
Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý mạng cao áp toàn nhà máy.
TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
MỤC ĐÍCH TÍNH NGẮN MẠCH
- Mục đích tính ngắn mạch là để chọn và kiểm tra các thiết bị
Để lựa chọn thiết bị không yêu cầu độ chính xác cao, có thể áp dụng các phương pháp gần đúng trong quá trình tính toán.
+ Cho phép tính gần đúng điện kháng hệ thống qua công suất cắt ngắn mạch của máy cắt đầu nguồn vì không biết cấu trúc của hệ thống
Khi lập sơ đồ tính toán, cần loại bỏ những phần tử mà dòng ngắn mạch không đi qua, cũng như các phần tử có điện kháng không ảnh hưởng đáng kể như máy cắt, dao cách ly và aptomat.
Mạng cao áp có thể bao gồm hoặc không bao gồm điện trở tác dụng Trong các hệ thống cung cấp điện xa nguồn và có công suất nhỏ so với hệ thống điện quốc gia, mạng điện được tính toán như một mạng điện hở Điều này cho phép chúng ta thực hiện tính toán ngắn mạch đơn giản trực tiếp trong hệ thống đã được xác định.
Điện trở tác dụng trong mạng hạ áp có ảnh hưởng quan trọng đến giá trị dòng ngắn mạch Việc bỏ qua yếu tố này trong quá trình tính toán có thể dẫn đến sai số lớn, từ đó gây ra sự lựa chọn thiết bị không chính xác.
CHỌN ĐIỂM TÍNH NGĂN MẠCH VÀ TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA SƠ ĐỒ
3.2.1.Chọn điểm tính ngắn mạch
Để lựa chọn khí cụ điện cho cấp 35kV, cần tính toán điểm ngắn mạch N1 tại thanh cái của trạm biến áp trung tâm 35/10,5kV Việc này nhằm kiểm tra máy cắt và thanh góp, trong đó giá trị SN được xác định bằng S cắt của máy cắt đầu nguồn.
- Để chọn khí cụ điện cho cấp 10,5kv :
+ Phía hạ áp của trạm biến áp trung tâm, cần tính điểm ngắn mạch N 2 tại thanh cái 10kv của trạm để kiểm tra máy cắt, thanh góp
+ Phía cao áp trạm biến áp phân xưởng, cần tính cho điểm ngắn mạch N3 để chọn và kiểm tra cáp, tủ cao áp các trạm
- Cần tính điểm N4 trên thanh cái 0,4kv để kiểm tra Tủ hạ áp tổng của trạm
3.2.2 Tính toán các thông số của sơ đồ
Tính điện kháng hệ thống:
S N : Công suất ngắn mạch của MC đầu đường dây trên không (ĐDK), S N Scắt = 3 Uđm Iđm
Máy cắt đầu đường dây trên không là loại SF6, ký hiệu 8DA10 có
U đm 6kv, I đm = 2500 A, Icđm = 110kv
Loại AC -95 có r 0 = 0,33 /km; x0 = 0,413 /km; l = 10km
Máy BATT: Loại 5600-35/10,5 có S đm = 5600kVA, UC = 35kv; PN 57kw; U N % = 7,5 Tính R BATT và X BATT quy đổi về phía 10,5kV
- Cáp từ BATT đến trạm B1 : r0 = 0,927 /km; x0 = 0,118 /km; l = 0,06 km
Bảng 3.1 Kết quả điện trở các đường cáp
Trạm biến áp phân xưởng :
Các trạm BAPX đều chọn máy biến áp của Việt Nam ABB chế tạo
- Loại 1000 KVA có: Uc = 10kv, Uh = 0,4kv, Po = 1,75kw, Pn 13kw, Un = 5,5
Các biến áp khác tính tương tự, kết quả được ghi trong bảng 3.2:
Máy biến áp S đm kVA
TÍNH TOÁN DÕNG NGẮN MẠCH
Tính ngắn mạch tại điểm N 2 :
Tính tương tự cho các đường cáp khác, kết quả được ghi trong bảng sau
Bảng 3.3 Đường cáp R 3 , x 3 , I N3 , kA i xk3 ; kA
Tính tương tự cho các tuyến còn lại ta có bảng sau:
Bảng 3.4 Đường cáp R 4 , X 4 , I N4 , kA i xk4 ; kA
CHỌN VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ
3.4.1 Chọn và kiểm tra máy cắt
Điều kiện chọn và kiểm tra:
- Điện áp định mức, kv : UđmMC Uđm.m
- Dòng điện lâu dài định mức, A : Iđm.MC Icb
- Dòng điện cắt định mức, kA : I đm.cắt IN
- Dòng ổn định động, kA : I đm.đ i xk
- Dòng ổn định nhiệt : tđm.nh I nh dm qd t t a Chọn máy cắt đường dây trên không 35kV
- Chọn máy cắt SF6 loại 8DB10 do SIEMENS chế tạo có bảng thông số sau:
Loại U đm , kv I đm , A INmax, kA IN, kA
Máy cắt có dòng định mức I đm > 1000A do đó không phải kiểm tra dòng ổn định nhiệt b Chọn máy cắt hợp bộ 10,5kv
- Các máy cắt nối vào thanh cái 6,3kv chọn cùng một loại SF6, ký hiệu 8DC11 do SIEMENS chế tạo có bảng thông số sau:
Loại Uđm,kV Iđm, A Iđm.C, 2s kA iđ, kA
I đm.cắt IN = 3,43 (kA) iđm.đ ixk = 8,7 (KA)
3.4.2 Chọn và kiểm tra Aptomat
- Với trạm 2 MBA ta đặt 2 tủ aptomat tổng, 2 tủ aptomat nhánh và 1 tủ aptomat phân đoạn
- Với trạm 1MBA ta đặt 1 tủ aptomat tổng và 1 tủ aptomat nhánh
- Mỗi tủ aptomat nhánh đặt 2 aptomat
Aptomat đƣợc chọn theo dòng làm việc lâu dài: m dm dmA dm tt tt max lv dmA
- Với aptomat tổng sau máy biến áp, để dự trữ có thể chọn theo dòng định mức của MBA dm
- Aptomat phải đƣợc kiểm tra khả năng cắt ngắn mạch : I Cắt đm I N
- Dòng lớn nhất qua aptomat tổng, MBA 800 kVA
- Dòng lớn nhất qua aptomat tổng, MBA 400 kVA
- Dòng lớn nhất qua aptomat tổng, MBA 1000 kVA
- Dòng lớn nhất qua aptomat tổng, MBA 630 kVA
Bảng 3.5 Kết quả chọn aptomat cho trạm BA
Trạm biến áp Loại Số lƣợng
3.4.3 Chọn biến dòng điện BI
- Chọn biến dòng do SIEMENS chế tạo loại 4MA72 có thông số kỹ thuật cho ở bảng sau
3.4.4 Chọn máy biến áp BU
- Chọn máy biến điện áp 3 pha 5 trụ do Liên Xô chế tạo loại HTM-10 có các thông số kỹ thuật sau:
Uđm, V Công suất định mức theo cấp chính xác VA S đm
Sơ cấp Thứ VA cấp
BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
ĐẶT VẤN ĐỀ
Điện năng chủ yếu được tiêu thụ trong các xí nghiệp và công nghiệp, chiếm khoảng trên 70% tổng sản lượng điện Do đó, việc sử dụng hợp lý và tiết kiệm điện năng trong các xí nghiệp là vô cùng quan trọng Các nhà máy phát điện cần tối ưu hóa khả năng sản xuất điện, đồng thời giảm thiểu tổn thất điện năng Mục tiêu là gia tăng sản phẩm trên mỗi kWh điện và giảm chi phí điện năng cho từng sản phẩm.
Tính chung trong toàn bộ hệ thống thường có 10-15% năng lượng bị phát ra bị mất mát trong quá trình truyền tải và phân phối
1 ý nghĩa việc nâng cao hệ số cos
Công suất phản kháng là yếu tố quan trọng trong các thiết bị như động cơ không đồng bộ, máy biến áp (MBA) và trên đường dây tải điện, nơi có từ trường Mặc dù có thể giảm thiểu yêu cầu về công suất phản kháng, nhưng không thể triệt tiêu hoàn toàn vì nó cần thiết để tạo ra từ trường, đóng vai trò trung gian thiết yếu trong quá trình chuyển hóa điện năng.
Công suất tác dụng P là công suất liên quan đến cơ năng hoặc nhiệt năng trong các thiết bị điện, trong khi công suất phản kháng Q là công suất từ hóa trong máy điện xoay chiều, không tạo ra công.
Trong các xí nghiệp công nghiệp, động cơ không đồng bộ tiêu thụ khoảng 65-75% tổng dung lượng công suất phản kháng, trong khi máy biến áp (MBA) chiếm 15-22% và các phụ tải khác khoảng 5-10% Việc bù công suất phản kháng là cần thiết để nâng cao hệ số công suất, đạt giá trị từ 0,9 đến 0,95.
Nâng cao hệ số công suất (cos) là một biện pháp quan trọng nhằm tiết kiệm điện năng Việc cải thiện hệ số công suất không chỉ giúp giảm chi phí điện mà còn nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng trong hệ thống điện.
Chúng ta đã biết tổn thất công suất trên đường dây được tính
Khi giảm Q ta giảm đƣợc thành phần tổn thất P(Q) do Q gây ra
+ Giảm tổn thất điện năng trong mạng
Khi giảm Q ta giảm đƣợc thành phần tổn thất U (Q) do Q gây ra
+ Tăng khả năng truyền tải đường dây và MBA:
Khả năng truyền tải của đường dây và MBA phụ thuộc vào điều kiện phát nóng, tức là phụ thuộc vào dòng điện cho phép của chúng:
Khi giảm Q -> khả năng truyền tải đƣợc tăng lên
Vì những lý do trên ngoài việc nâng cao hệ số công suất cos , bù công suất phản kháng trở thành vấn đề quan trọng
2 Các biện pháp nâng cao hệ số cos a Nâng cao hệ số cos tự nhiên:
Tìm các biện pháp để hộ tiêu thụ giảm bớt lƣợng công suất phản kháng Q:
- Thay đổi cải tiến quy trình công nghệ để các chế độ làm việc hợp lý nhất
- Thay thế các động cơ không đồng bộ làm việc non tải bằng động cơ có công suất nhỏ hơn
- Hạn chế động cơ chạy không tải
- Dùng động cơ đồng bộ thay thế cho động cơ không đồng bộ
- Nâng cao chất lƣợng sửa chữa
- Thay thế những MBA làm việc non tải bằng MBA có công suất nhỏ hơn b Dùng biện pháp bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số cos :
Nâng cao hệ số công suất có thể đạt được thông qua phương pháp bù, bằng cách lắp đặt các thiết bị bù gần các hộ tiêu thụ điện Điều này giúp cung cấp công suất phản kháng, từ đó giảm lượng công suất phản kháng truyền tải trên đường dây và nâng cao hệ số cos của mạng điện Mặc dù biện pháp bù không làm giảm lượng công suất phản kháng của hộ tiêu thụ, nhưng nó giúp giảm thiểu công suất truyền tải Để đánh giá hiệu quả giảm tổn thất công suất tác dụng, chúng ta sử dụng chỉ tiêu đương lượng kinh tế của công suất phản kháng k kt, phản ánh lượng công suất tác dụng (kW) tiết kiệm được khi bù công suất phản kháng (kVAr).
XÁC ĐỊNH DUNG LƢỢNG NHÀ MÁY
Theo kết quả tính toán ta có số liệu công suất toàn nhà máy:
Hệ số công suất của xí nghiệp là:
Bài toán đặt ra cần phải nâng cao hệ số cos lên 0,95
Tổng công suất phản kháng cần bù cho nhà máy để nâng cao hệ số công suất cos 1 =0,73 lên cos 2 = 0,95 là:
- Ptt Công suất tính toán của toàn nhà máy
- tg 1: Trị số ứng với hệ số cos 1 trước khi bù với cos 1 = 0,73-tg 1 0,93
- tg 2: Trị số ứng với hệ số cos 2 sau khi bù với cos 2 = 0,95-tg 2 = 0,32
- hệ số xét tới khả năng nâng cao hệ số cos bằng những biện pháp không đặt thiết bị bù = 1
- Qb tổng dung lƣợng cần bù
CHỌN VỊ TRÍ ĐẶT VÀ THIẾT BỊ BÙ
4.3.1 Chọn thiết bị bù Để bù công suất phản kháng cho xí nghiệp có thể dùng các thiết bị bù sau:
+ Có khả năng điều chỉnh trơn
+ Tự động với giá trị công suất phản kháng phát ra (có thể tiêu thụ công suất phản kháng)
+ Công suất phản kháng không phụ thuộc điện áp đặt vào, chủ yếu phụ thuộc vào dòng kích từ
+ Lắp ráp, vận hành phức tạp
+ Tiêu thụ một lƣợng công suất tác dụng lớn
+ Tổn thất công suất tác dụng ít
+ Lắp đặt, vận hành đơn giản, ít bị sự cố
+ Công suất phản kháng phát ra phụ thuộc vào điện áp đặt vào tụ
+ Có thể sử dụng nơi khô ráo bất kỳ để đặt bộ tụ
+ Công suất phản kháng phát ra theo bậc và không thể thay đổi đƣợc
+ Thời gian phục vụ, độ bền kém
Theo phân tích ở trên thì thiết bị Tụ bù thường được dùng để lắp đặt để nâng cao hệ số công suất cho các xí nghiệp
4.3.2 Vị trí đặt thiết bị bù
Để giảm thiểu tổn thất điện áp và điện năng cho các thiết bị sử dụng điện, nguyên tắc là nên phân tán các bộ tụ bù cho từng động cơ điện Tuy nhiên, việc phân tán quá mức có thể gây bất lợi về vốn đầu tư, lắp đặt và quản lý vận hành Do đó, việc lựa chọn lắp đặt thiết bị bù tập trung hay phân tán cần dựa vào cấu trúc hệ thống cấp điện của từng đối tượng.
4.3.3 Tính toán phân phối dung lƣợng bù.
- Sơ đồ nguyên lý đặt thiết bị bù :
Tính dung lƣợng bù cho từng mạch :
Công thức: phân phối dung lƣợng bù cho một nhánh của mạng hình tia i td b XN i i b R
+ Q i : công suất phản kháng tiêu thụ của nhánh i (KVAR)
+ QXN : công suất phản kháng toàn xí nghiệp (KVAR)
+ Q b : công suất phản kháng bù tổng (KVAR)
- Điện trở tương đương của toàn mạng :
+ Ri = ( RC.i + RB.i ): Điện trở tương đương của nhánh thứ i ( )
+ RC.i : điện trở cáp của nhánh thứ i ( )
Bi : điện trở của máy biến áp phân xưởng
4.3.4 Xác định điện trở trên cáp
Bảng 4.1: Kêt quả điện trở các nhánh cáp
Thứ tự đương cáp l(km) F(mm 2 ) r o ( /km) R( )
+ Xác định điện trở MBA Điện trở MBA đƣợc xác định :
- PN Tổn thất công suất MBA khi ngắn mạch (Tra bảng PL.2-2 MBA 1000-10/0,4) ta có P N = 13(kW)
- U đm Điện áp định mức của MBA U đm = 10 (kV)
- Sđm Dung lƣợng định mức của MBA Sđm = 1000 (kVA)
Trạm đặt 2 máy do đó ta có:
Số liệu tính toán trạm BAPX:
Tên trạm S đmB (KVA) Số máy RB( )
Bảng 4.2 Kết quả điện trở của các trạm biến áp
TT Tên nhánh R B ( ) R c ( ) R=RB + Rc
Bảng 4.3 Kêt quả tính điện trở các nhánh
XÁC ĐỊNH DUNG LƢỢNG BÙ CHO MỖI PHÂN NHÁNH
Để đạt được hiệu quả tối ưu, cần phân phối tổng dung lượng đã xác định sao cho tổn thất công suất tác dụng do công suất phản kháng gây ra là nhỏ nhất.
Nhà máy bù cho theo kiểu mạng hình tia :công suất phản kháng đƣợc phân ra trên các nhánh
Công thức tinh dung lƣợng bù các nhánh:
Tính công suất bù Qb1 cho nhánh TPPTT-B1
Tên nhánh Qi, KVAR QXN, KVAR Qb , KVAR Qb.i, KVAR
Tính tương tự công suất bù cho các nhánh khác, kết quả ghi trong bảng sau:
Bảng 4.4: Kêt quả dung lƣợng bù các nhánh
CHỌN THIẾT BỊ BÙ
1 Tụ điện: Là loại thiết bị tụ điện tĩnh, làm việc với dòng điện vượt trước điện áp do đó có thể sinh ra công suất phản kháng Q cung cấp cho mạng Ƣu điểm: Tổn thất công suất tác dụng bé, không có phần quay nên lắp ráp dễ dàng
Nhƣợc điểm: Nhạy cảm với sự biến động của điện áp đặt lên cực tụ điện
2 Máy bù đồng bộ: Là động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ không tải Do không có phụ tải nên máy bù đồng bộ đƣợc chế tạo gọn nhẹ và rẻ hơn động cơ đồng bộ cùng công suất
Nhƣợc điểm: Có phần quay nên lắp ráp, bảo quản và vận hành khó khăn
3 Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn đƣợc đồng bộ hoá : Khi cho dòng điện một chiều vào rôto động cơ không đồng bộ dây quấn, động cơ sẻ làm việc như một động cơ đồng bộ với dòng điện vượt trước điện áp Do đó có khả năng cung cấp công suất phản kháng cho mạng
Nhƣợc điểm: Loại động cơ này có tổn thất công suất khá lớn
Do tổng công suất bù của nhà máy
Chúng tôi đã quyết định sử dụng tụ điện tĩnh làm thiết bị bù cho toàn bộ phía hạ áp Loại thiết bị điện tĩnh này hoạt động với dòng điện vượt trước điện áp, giúp tạo ra công suất phản kháng Q để cung cấp cho mạng.
+ Sơ đồ nối dây tụ điện hạ áp
Thiết bị đóng cắt và bảo vệ, bao gồm cầu dao và cầu chì, là những thành phần quan trọng trong hệ thống điện Tụ điện áp thấp là loại tụ điện 3 pha, với các phần tử được kết nối thành hình tam giác ở bên trong.
+ Dung lƣợng của tụ diện:
- U điện áp đặt lên cực của tụ kV
- C điện dung của tụ điện F
- Lựa chọn tụ cho nhánh 1
Chọn loại KC2-0,38-50-3Y3 do Liên Xô(cũ) chế tạo tra trong bảng 6.12(sách tra cứu) có thông số sau:
Bảng 4.5 Thông số của tụ bù
Loại Uđm(kV) Qđm(kVAr) C( F) Số pha
Số tụ sẽ bù trong mỗi nhánh
Nhánh 1 chọn 18 bộ tủ bù
Công suất thực tế bù : 18.50 = 900(kVAr)
+ Tương tự ta cũng đi lựa chọn dung lượng bù cho các nhánh khác được kết quả bảng sau:
Bảng 4.6 Dung lƣợng bù công suất phản kháng các nhánh
Tên trạm Loại Qbi Số bộ Qbthực tế Số pha
Vậy tổng dung lƣợng bù là:
Qb = 900 + 1300 +850 + 800 + 950 + 150 = 4950(kVAr) Thay vào công thức:
cos 2 = 0,97 Thoả mãn yêu cầu
- Sơ đồ lắp đặt tụ bù trong trạm đặt 2 máy
Hình 4.1 Sơ đồ lắp đặt tụ bù trong trạm đăt 2 máy. â Tủ aptomat tổng
Tủ phân phối cho các phân xưởng
Tủ phân phối cho các phân xưởng
Qb1 Qb1 Qb2 Qb2 Qb3 Qb3 Qb4 Qb4 Qb5 Qb5 Qb6
Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý tụ bù cho các PX toàn nhà máy.