TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN
Tính toán chiếu sáng cho phân xưởng
Thiết kế chiếu sáng là yếu tố thiết yếu trong mọi công trình, với mục tiêu chính là đáp ứng các yêu cầu về độ rọi và hiệu quả thị giác Để đạt được hiệu quả chiếu sáng tối ưu, cần chú ý đến quang thông, màu sắc ánh sáng và cách bố trí hợp lý nhằm đảm bảo tính kinh tế và mỹ quan Các yêu cầu quan trọng trong thiết kế chiếu sáng bao gồm: không gây chói mắt, không có hiện tượng loá do phản xạ, không tạo bóng tối, đảm bảo độ rọi đồng đều, độ sáng ổn định và ánh sáng phải tương tự ánh sáng ban ngày.
Hệ thống chiếu sáng bao gồm chiếu sáng chung, chiếu sáng cục bộ và chiếu sáng kết hợp, với chiếu sáng kết hợp thường được áp dụng trong các phân xưởng Điều này giúp đáp ứng yêu cầu thị giác cần thiết cho công việc chính xác, chiếu sáng các mặt phẳng nghiêng mà không tạo ra bóng tối sâu.
Các phân xưởng thường tránh sử dụng đèn huỳnh quang do tần số 50Hz của nó gây ra ảo giác không quay cho động cơ không đồng bộ, điều này có thể nguy hiểm cho người vận hành và dễ dẫn đến tai nạn lao động Thay vào đó, đèn sợi đốt thường được ưa chuộng trong các phân xưởng sửa chữa cơ khí.
Việc bố trí đèn khá đơn giản, thường được bố trí theo các góc của hình vuông hoặc hình chữ nhật
Thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng sản xuất công nghiệp có kích thước 24x36x5,5 m, với trần nhà màu trắng, tường màu vàng và sàn nhà màu xám Độ rọi yêu cầu cho không gian này là 50 lux (theo bảng 18.pl.BT).
Theo biểu đồ Kruithof ứng với độ rọi 50 lux nhiệt độ màu cần thiết là m K
Để tạo ra môi trường ánh sáng tiện nghi cho xưởng sửa chữa, chúng tôi sử dụng đèn rạng đông có công suất 200W và quang thông 3000 lumen Điều này rất cần thiết do xưởng có nhiều máy điện quay, đảm bảo ánh sáng đủ cho các hoạt động sửa chữa.
Chọn độ cao treo đèn là : h’ = 0,5 m ; Chiều cao mặt bằng làm việc là : hlv = 0,8 m ; Chiều cao tính toán là : h = H – hlv = 5,5-0,8 =4,7m;
Hình 1.1: sơ đồ tính toán chiếu sáng
Ngoài chiếu sáng chung còn trang bị thêm cho mỗi Căn cứ vào kích thước phân xưởng ta chọn khoảng cách giữa các đèn là Ld = 4 m và Ln = 4 m q=2; p=2;
Sơ đồ chiếu sáng cho phân xưởng
Hình 1.2: sơ đồ bố trí bóng đèn trong phân xưởng
Kiểm tra điều kiện đảm bảo độ đồng đều ánh sang tại mọi điểm và hay
Vậy số lượng đèn tối thiểu để đảm bảo đồng đều chiếu sáng là Nmin = 54;
Dựa trên đặc điểm của nội thất chiếu sáng, hệ số phản xạ của trần, tường và sàn được xác định lần lượt là 70%, 50% và 30% Với hệ số không gian kkg = 4,8, ta tính được hệ số lợi dụng kld = 0,598 Hệ số dự trữ kdt được lấy bằng 1,2, trong khi hệ số hiệu dụng của đèn là 58.
Xác định quang thông tổng:
Số lượng đèn tối thiểu là:
Như vậy tổng số đèn cần lắp đặt là 54 được bố trí như sau:
Kiểm tra độ rọi thực tế:
Tổng công suất chiếu sáng chung (coi hệ số đồng thời kđt =1),
Pcs chung = kđt N Pd = 1 54 200 = 10800 W Chiếu sáng cục bộ :
Pcb = 39.100 = 3900 W Vậy tổng công suất chiếu sáng là:
Pcs = Pcs chung + Pcb = 10800 + 3900 = 14700 W = 14.7 kW
Vì đèn dùng nên hệ số cos của nhóm chiếu sáng là 1
Phụ tải thông thoáng và làm mát
Phân xưởng trang bị 40 quạt trần mỗi quạt có công suất là 150 W và 10 quạt hút mỗi quạt 80 W, hệ số công suất trung bình của nhóm là 0,8
Tổng công suất thông thoáng và làm mát là:
Phụ tải động lực
Phụ tải tính toán là một loại phụ tải giả định, ổn định và lâu dài, có tác dụng tương đương với phụ tải thực tế về hiệu quả phát nhiệt và mức độ hư hại cách điện.
Phụ tải tính toán được xác định dựa trên nhiều yếu tố như công suất, số lượng và chế độ làm việc của thiết bị điện, cũng như trình độ và phương thức vận hành hệ thống Việc xác định chính xác phụ tải tính toán là nhiệm vụ khó khăn nhưng vô cùng quan trọng.
Nhiều công trình nghiên cứu đã được thực hiện để tính toán phụ tải điện, nhưng do phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, vẫn chưa có phương pháp nào hoàn toàn chính xác và tiện lợi Các phương pháp đơn giản dễ sử dụng thường thiếu độ chính xác, trong khi những phương pháp nâng cao độ chính xác lại trở nên phức tạp hơn.
Sau đây là một số phương pháp tính toán phụ tải thường dùng nhất trong thiết kế hệ thống cung cấp điện:
Phương pháp tính theo hệ số nhu cầu
Phương pháp tính theo hệ số và công suất trung bình
Phương pháp tính theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm
Phương pháp tính theo suất phụ tải trên đơn vị diện tích sản xuất
Tùy thuộc vào quy mô và đặc điểm của công trình, cũng như giai đoạn thiết kế sơ bộ hoặc kỹ thuật thi công, việc lựa chọn phương pháp tính toán phụ tải điện phù hợp là rất quan trọng.
Trong một phân xưởng, việc xác định chính xác phụ tải tính toán đòi hỏi phải phân nhóm các thiết bị điện có công suất và chế độ làm việc khác nhau Quy trình phân nhóm này cần tuân thủ các nguyên tắc nhất định để đảm bảo hiệu quả và độ chính xác trong việc quản lý điện năng.
Để tiết kiệm vốn đầu tư và giảm tổn thất trên đường dây hạ áp trong phân xưởng, các thiết bị điện trong cùng một nhóm nên được đặt gần nhau.
Chế độ làm việc đồng nhất của các thiết bị điện trong nhóm giúp xác định phụ tải tính toán một cách chính xác hơn và thuận tiện hơn trong việc lựa chọn phương thức cung cấp điện cho toàn bộ nhóm.
Để tối ưu hóa việc sử dụng tủ động lực trong phân xưởng và toàn nhà máy, tổng công suất của các nhóm thiết bị nên gần bằng nhau Đồng thời, số lượng thiết bị trong mỗi nhóm không nên quá lớn, vì số đầu ra của tủ động lực thường chỉ từ 8 đến 12.
Việc thỏa mãn đồng thời ba điều kiện trong thiết kế thường gặp nhiều khó khăn Do đó, cần phải căn cứ vào điều kiện cụ thể của phụ tải để lựa chọn phương án tối ưu nhất trong số các phương án khả thi.
Dựa vào nguyên tắc phân nhóm và vị trí, công suất của thiết bị trong phân xưởng, các phụ tải có thể được chia thành 5 nhóm Kết quả phân nhóm này được thể hiện trong bảng 2.1.
Bảng 1.1: Phân nhóm thiết bị điện của phân xưởng sửa chữa cơ khí
STT Tên thiết bị Số hiệu trên sơ đồ
Hệ số Cosφ Công suất P(KW) Nhóm 1
1 Máy tiện ngang bán tự động 1 0.35 0.67 15
5 Máy tiện ngang bán tự động 19 0.35 0.67 7.5
6 Máy tiện ngang bán tự động 26 0.35 0.67 22
1 Máy tiện ngang bán tự động 2 0.35 0.67 18
2 Máy tiện ngang bán tự động 3 0.35 0.67 22
10 Máy tiện bán tự động 17 0.41 0.63 7.5
1 Máy tiện bán tự động 14 0.41 0,63 2.8
2 Máy tiện bán tự động 15 0.41 0,63 2.8
3 Máy tiện bán tự động 16 0.41 0,63 5.5
4 Máy tiện ngang tự động 20 0.35 0.67 18
7 Máy tiện ngang tự động 27 0.35 0.67 22
Hình 1.1 sơ đồ phân nhóm phụ tải
Tính toán cho Nhóm1: (Số liệu phụ tải cho trong bảng 2.1) a) Xác định hệ số sử dụng tổng hợp k sd
Xác định hệ số sử dụng tổng hợp của phụ tải nhóm I theo công thức:
Trong đó : ksdi là hệ số sử dụng của thiết bị
Pi là công suất đặt của thiết bị Vậy hệ số sử dụng tổng hợp của Nhóm 1 là: k sd i sdi i
Số lượng hiệu dụng của nhóm thứ i:
Pi – công suất định mức của thiết bị điện thứ i
Khi số lượng thiết bị điện n lớn hơn 4 và tỷ số k = Pmax/Pmin nhỏ hơn giá trị kb theo bảng quy định, tương ứng với hệ số sử dụng tổng hợp, ta có thể xác định giá trị nhd = n.
Bảng 1.2 Điều kiện để xác định n hd
- Hệ số nhu cầu nhóm thứ i: hdni sdni sdni ncn n k k k 1
- Tổng công suất phụ tải nhóm thứ i:
- Hệ số công suất của phụ tải nhóm thứ i:
Bảng 1.3 Bảng phụ tải nhóm 1
Tên thiết bị Số hiệu trên sơ đồ
1 Máy tiện ngang bán tự động
5 Máy tiện ngang bán tự động
6 Máy tiện ngang bán tự động
- Hệ số sử dụng nhóm 1: k sd i sdi i
- Số lượng hiệu dụng của nhóm thứ i:
P k P ứng với k sd 1 = 0,41 ta có k tan 𝜑𝑁1=1.02
Vốn đầu tư cho tụ bù:
Bảng 2.1 bảng kết quả tính toán phân phối dung lượng bù
Sau khi bù ta chọn được tụ bù cho các vị trí cần bù công suất phản kháng
Bảng 2.2 chọn tụ bù cho các vị trí cần bù
Vị trí đặt tụ bù
SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN CỦA PHÂN XƯỞNG
Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng
Vị trí đặt trạm biến áp cần dựa theo các quy tắc sau:
- Vị trí của trạm càng gần tâm phụ tải của khu vực được cung cấp điện càng tốt
Vị trí của trạm cần đảm bảo đủ không gian và thuận lợi cho các tuyến đường dây điện kết nối đến trạm, cũng như các hướng phát tuyến từ trạm đi ra, đồng thời phải đáp ứng nhu cầu phát triển trong tương lai.
- Vị trí trạm phải phù hợp với quy hoạch của xí nghiệp và các vùng lân cận
Vị trí của trạm cần đáp ứng các yêu cầu như cảnh quan môi trường, khả năng điều chỉnh và cải tạo phù hợp, cũng như khả năng ứng phó trong tình huống khẩn cấp.
- Vị trí của trạm biến áp được lựa chọn sao cho tổng tổn thất trên các đường dây là nhỏ nhất
*Vị trí đặt trạm biến áp:
- Hệ số điền kín bản đồ được xác đinh theo công thức: kđk = 0 , 51 0 , 75
máy biến áp có thể làm việc quá tải 40% trong khoảng thời gian không quá 6h
*Phương thức đặt trạm biến áp:
Tùy vào điều kiện cụ thể, trạm biến áp có thể được lắp đặt theo nhiều phương thức khác nhau, bao gồm lắp đặt bên trong nhà xưởng, gắn vào tường trong hoặc ngoài nhà xưởng, đặt độc lập bên ngoài, hoặc lắp trên mái và dưới tầng hầm.
Dựa trên sơ đồ mặt bằng phân xưởng, có thể lắp đặt trạm biến áp gần tường phía trong nhà xưởng, ngay sau lối ra vào Giải pháp này giúp tiết kiệm dây dẫn mạng hạ áp và tối ưu hóa không gian sử dụng.
Xác đinh tâm các nhóm phụ tải của phân xưởng
Tâm qui ước của các nhóm phụ tải trong phân xưởng được xác định bởi điểm M với tọa độ M(Xnh, Ynh) theo hệ trục tọa độ xOy.
Tọa độ của tâm các nhóm phụ tải điện trong phân xưởng được ký hiệu là Xnh, Ynh Trong khi đó, tọa độ của phụ tải thứ i được biểu thị bằng xi và yi, được tính theo hệ trục tọa độ xOy đã được chọn.
Si : công suất của phụ tải thứ i
Ta có bảng công suất và tọa độ của các phụ tải trong phân xưởng trên hệ tọa độ xOy
Bảng 3.1: Kết quả xác định phụ tải tính toán cho các nhóm phụ tải
STT Tên thiết bị Số hiệu trên sơ đồ cosφ P
1 Máy tiện ngang bán tự động
5 Máy tiện ngang bán tự động
6 Máy tiện ngang bán tự động
1 Máy tiện ngang bán tự động
2 Máy tiện ngang bán tự động
10 Máy tiện bán tự động
1 Máy tiện bán tự động
2 Máy tiện bán tự động
3 Máy tiện bán tự động
4 Máy tiện ngang tự động
7 Máy tiện ngang tự động
Tọa độ tâm của nhóm 1 là :
Tính toán tương tự cho các nhóm khác
Ta có tọa độ tâm của các nhóm phụ tải và tâm phân xưởng:
Bảng 3.2 Tâm của các nhóm phụ tải và tâm phân xưởng
Nhóm S i S i x i S i y i X nh Y nh X px Y px
Dựa vào các tiêu chí lựa chọn vị trí tối ưu cho trạm biến áp và các phụ tải trong phân xưởng, chúng ta xác định vị trí đặt trạm biến áp như trong hình vẽ.
Hình 3.1 : Vị trí đặt trạm biến áp
Chọn công suất và số lượng máy biến áp
Trong trường hợp này phụ tải loại I chiếm 70% nên ta có một số tiêu chuẩn để chọn máy biến áp sau :
Khi hai máy vận hành bình thường :
Khi một máy xảy ra sự cố :
Trong bài viết này, chúng ta đề cập đến các yếu tố quan trọng trong tính toán phụ tải của phân xưởng Stt đại diện cho phụ tải tính toán, n là số lượng máy biến áp trong trạm Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường, ký hiệu là khc, được chọn là 1 do máy biến áp sản xuất tại Việt Nam Ngoài ra, kqt là hệ số quá tải, cho phép máy biến áp chịu quá tải lên đến 40% trong trường hợp một máy gặp sự cố và máy còn lại phải đảm nhận toàn bộ công suất của phụ tải.
Trong vòng 5 ngày đêm, với mỗi ngày đêm không quá 6 giờ, thời gian này là cần thiết để thực hiện việc đưa máy sự cố ra khỏi lưới Đồng thời, trong khoảng thời gian này, sẽ tiến hành thử nghiệm và lắp đặt máy dự phòng để đưa vào hoạt động (kqt = 1.4).
Công suất sự cố (Ssc) là khái niệm dùng để chỉ khả năng của máy biến áp trong tình huống gặp sự cố Khi máy biến áp xảy ra sự cố, có thể loại bỏ một số phụ tải không quan trọng để giảm tải cho máy biến áp còn lại, giúp duy trì hoạt động ổn định hơn.
Nên chọn máy biến áp cùng chủng loại và cùng công suất để thuận lợi cho việc lắp đặt, vận hành, sữa chữa và thay thế
Sử dụng máy biến áp có tỉ số biến đổi 22/0,4 Kv
Ta có n =2 , Stt = 308.04 kVA Công suất sự cố:𝑆 𝑠𝑐 = 𝑆 𝑡𝑡 𝑚 1 = 308,04 × 0,7 = 215.63 ( kVA)
Kiểm tra lại máy biến áp trong điều kiện một máy xảy ra sự cố
1.4 = 154.02 kVA o Phương án 1: dùng 2 máy 160 kVA o Phương án 2: dùng 2 máy 180 kVA
Các tham số của máy biến áp do hãng ABB chế tạo cho trong bảng sau:
Bảng 3.4 Bảng số liệu các máy biến áp của hãng ABB
Sba , kVA , kW , kW Vốn đầu tư , 10 6 đ
Cần tính toán thiệt hại do ngừng cung cấp điện khi xảy ra sự cố ở các máy biến áp, nhằm lựa chọn phương án tối ưu nhất để khắc phục.
Hàm chi phí tính toán quy đổi cho từng phương án:
C : thành phần chi phí do tổn thất ( C = ∆A.c∆) c∆ : giá thành tổn thất điện năng
Hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn đầu tư: atc h h
Th là tuổi thọ của trạm biến áp, lấy bằng 25 năm
Hệ số khấu hao của trạm biến áp thể lấy bằng 6,4 % ( 31.pl- gt.CCĐ)
Do đó : pBA = atc + kkh = 0,127 + 0,064 = 0,191
Có thể xem phụ tải loại III ở các phương án là như nhau, chỉ xét theo phụ tải loại I
* Phương án 1 ( Dùng 2 máy 160kVA)
Xét trong chế độ sự cố ở 1 máy biến áp, lúc này máy còn lại phải chịu toàn bộ phụ tải của phân xưởng
Hệ số quá tải của máy biến áp:
Máy biến áp còn lại có khả năng hoạt động bình thường khi xảy ra sự cố ở máy biến áp khác Do đó, khi gặp sự cố, chỉ cần cắt giảm 30% phụ tải loại III để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.
Vậy đảm bảo yêu cầu
Tổn thất trong máy biến áp được xác đinh theo biểu thức:
TMax: thời gian sử dụng công suất cực đại, h
Vậy tổn thất trong máy biến áp được xác định bằng:
Trong đó:τ là thời gian tổn thất công suất cực đại được xác định theo biểu thức:
=( 0 , 124 4500 10 4 ) 2 8760= 2886.21 +Chi phí cho thành phần tổn thất là:
C = cΔ = 16492,12x1300 = 24,74.10 6 (đ) +Vậy tổng chi phí qui đổi của phương án :
*Phương án 2 ( dùng 2 máy biến áp 180kVA)
Hệ số quá tải của máy biến áp
Khi xảy ra sự cố ở một máy biến áp, máy biến áp còn lại vẫn có thể hoạt động bình thường, do đó chỉ cần cắt giảm 30% phụ tải loại III để đảm bảo an toàn và hiệu suất hệ thống.
Tổn thất trong máy biến áp:
Chi phí cho thành phần tổn thất:
C = cΔ = 15809,12x1300 = 23,71x10 6 (đ) Tổng chi phí quy đổi của phương án:
Z2 = (23,71 + 0,191.312,576).10 6 = 83,41.10 6 (đ) Các kết quả tính toán được trình bày trong bảng:
Bảng 3.5 bảng kết quả tính toán các phương án chọn MBA
Stt Các số liệu PA1 PA2
1 Công suất trạm biến áp S , Kva 2.160 2.180
Phương án 1 là lựa chọn tối ưu với tổng chi phí quy đổi thấp nhất, do đó, chúng ta quyết định sử dụng 2 máy biến áp công suất 160kVA mỗi máy.
Lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu
3.3.1 Sơ bộ chọn phương án
Mạng điện phân xưởng cần đảm bảo cung cấp điện tin cậy và chất lượng cho các phụ tải, đồng thời phải thuận tiện và an toàn trong vận hành cũng như sửa chữa Ngoài ra, mạng điện cũng cần đáp ứng các yêu cầu về đặc điểm môi trường, có khả năng phát triển mở rộng, áp dụng các thiết bị và công nghệ tiên tiến, và đặc biệt là tối ưu hóa chi phí.
Sơ đồ của mạng điện phân xưởng có thể thực hiện theo kiểu hình tia, kiểu đường trục hoặc kết hợp
Sơ đồ hình tia được sử dụng cho các phụ tải lớn có công suất tập trung, các phụ tải quan trọng cần độ tin cậy cao trong cung cấp điện, động cơ công suất thấp kết nối với tủ phân phối, và các thiết bị trong các phân xưởng có nguy cơ cháy nổ hoặc môi trường nguy hiểm.
Phân xưởng có 4 tủ phân phối bố trí ở sát tường nhà xưởng, phụ tải tập trung công suất lớn nên ta sử dụng sơ đồ hình tia
Phân xưởng được thiết kế với một trạm phân phối (TPP) nhận điện từ trạm biến áp (TBA) để cung cấp điện cho các tủ động lực, mỗi tủ phục vụ một nhóm phụ tải đã được phân loại Hai phương án được xem xét cho việc bố trí trạm phân phối: Phương án 1 đặt trạm tại trung tâm phụ tải và kéo cáp đến từng tủ động lực, trong khi Phương án 2 đặt trạm ở góc phân xưởng và cũng kéo cáp đến từng tủ động lực.
3.3.2 Xác định sơ đồ nối điện chính, lựa chọn phương án nối điện tối ưu
3.3.2.1 Chọn dạng sơ đồ nối điện cho phân xưởng
Mạng điện phân xưởng thường có các dạng sơ đồ chính sau:
Sơ đồ hình tia là hệ thống mạng cáp kết nối các thiết bị tiêu thụ điện, được cấp điện trực tiếp từ các tủ động lực (TĐL) hoặc tủ phân phối (TPP) thông qua các đường cáp độc lập Mặc dù sơ đồ CCĐ mang lại độ tin cậy cao, nhưng chi phí đầu tư lớn khiến nó thường được áp dụng cho các hộ loại I và loại II.
Hình 3.2: Sơ đồ hình tia
Sơ đồ đường dây trục chính:
Sơ đồ phân nhánh dạng cáp cho phép truyền tải điện từ trạm phát điện (TPP) đến các tủ động lực thông qua các đường cáp chính, giúp cấp điện đồng thời cho nhiều thiết bị Ưu điểm của kiểu sơ đồ này là tiết kiệm cáp và giảm thiểu chủng loại cáp, phù hợp với các phân xưởng có phụ tải nhỏ và phân bố không đồng đều Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất là độ tin cậy cung cấp điện thấp, thường được áp dụng cho các hộ loại III.
Hình 3.3: Sơ đồ phân nhánh dạng cáp
Sơ đồ phân nhánh bằng đường dây với đường dây trục chính nằm trong nhà, kết nối từ các TPP cấp điện đến các đường dây trục chính, sử dụng cáp riêng để nối đến từng thiết bị hoặc nhóm thiết bị Mặc dù loại sơ đồ này thuận tiện cho việc lắp đặt và tiết kiệm cáp, nhưng nó không đảm bảo độ tin cậy của cung cấp điện và dễ gây sự cố, hiện chỉ còn thấy ở một số phân xưởng cũ.
Hình 3.4: Sơ đồ phân nhánh bằng đường dây
Sơ đồ phân nhánh bằng đường dây trên không bao gồm các đường trục chính và đường nhánh, với các phụ tải được kết nối qua đường cáp riêng Kiểu sơ đồ này phù hợp cho các phụ tải phân tán có công suất nhỏ, như mạng chiếu sáng và mạng sinh hoạt, thường được lắp đặt ngoài trời Mặc dù chi phí thấp, độ tin cậy của hệ thống điện (CCĐ) cũng tương đối thấp, nên nó thường được sử dụng cho các hộ phụ tải loại III ít quan trọng.
Hình 3.5: Sơ đồ phân nhánh bằng đường dây trên không
Hệ thống TPP sử dụng các đường cáp dẫn điện kết nối đến bộ thanh dẫn, từ đó dẫn đến các thiết bị hoặc nhóm thiết bị thông qua cáp mềm Sơ đồ này mang lại lợi ích như lắp đặt nhanh chóng, giảm tổn thất công suất và điện áp, tuy nhiên, chi phí lắp đặt khá cao Phương pháp này thường được áp dụng cho các hộ phụ tải lớn và có mật độ phụ tải cao.
Hình 3.6: Sơ đồ thanh dẫn
Có nghĩa là phối hợp các kiểu sơ đồ trên tuỳ theo các yêu cầu riêng của từng
3.3.2.2 Chọn trạm phân phối và tủ động lực
Chọn vị trí TPP, TĐL
Vị trí của các tủ phân phối và tủ động lực trong phân xưởng cần được lựa chọn để đáp ứng các yếu tố kinh tế, kỹ thuật, an toàn và thuận tiện trong vận hành Tuy nhiên, việc thỏa mãn một yếu tố có thể mâu thuẫn với yếu tố khác, do đó, cần hài hòa các yếu tố này Việc chọn vị trí đặt tủ nên được đảm bảo theo các nguyên tắc nhất định để đạt hiệu quả tối ưu.
- Vị trí tủ nên ở gần tâm của phụ tải (điều này sẽ giảm được tổn thất, cũng như giảm chi phí về dây )
- Vị trí tủ phải không gây ảnh hưởng đến giao thông đi lại trong phân xưởng
- Vị trí tủ phải thuận tiện cho việc lắp đặt và vận hành
- Vị trí tủ phải ở nơi khô ráo, tránh được bụi, hơi a-xit và có khả năng phòng cháy, nổ tốt
- Ngoài ra vị trí tủ còn cần phù hợp với phương thức lắp đặt cáp
Dựa vào sơ đồ bố trí thiết bị trong phân xưởng, chúng ta cần xác định vị trí tối ưu cho tủ phân phối và các tủ động lực, sao cho chúng gần nhất với tâm các phụ tải để đảm bảo hiệu quả hoạt động.
Các thiết bị điện, sứ và trang bị dẫn điện hoạt động chủ yếu trong ba chế độ: dài hạn, quá tải và ngắn mạch Việc lựa chọn thiết bị cần đảm bảo chúng hoạt động đúng chức năng trong hệ thống và có tuổi thọ lâu dài Mỗi loại thiết bị được chọn dựa trên các điều kiện tương ứng với chế độ làm việc cụ thể trong hệ thống.
- Ở chế độ làm việc lâu dài: lựa chọn đúng theo điện áp định mức và dòng điện định mức của thiết bị
Uđm tb ≥ Uđm mạng (kV) Iđm tb ≥Ilvmax (A)
Khi thiết bị hoạt động ở chế độ quá tải, cần lựa chọn các thông số điện áp và dòng điện phù hợp với mức dự trữ của thiết bị, đảm bảo rằng dòng điện định mức ra (Iđm ra) lớn hơn hoặc bằng dòng điện tối đa cho phép (Ilvmax).
- Ở chế độ ngắn mạch: lựa chọn các tham số phù hợp với các điều kiện ổn định nhiệt và ổn định lực điện động của thiết bị
- Với các thiết bị đóng cắt còn chọn theo khả năng cắt : dòng điện cắt giới hạn, công suất cắt giới hạn
Trạm phân phối của phân xưởng: Đặt 1 Aptomat tổng phía từ trạm biến áp về và 5 Aptomat nhánh cấp điện cho 4 tủ động lực và 1 tủ chiếu sáng
+) Sơ đồ trạm phân phối:
Hình 3.7: Sơ đồ trạm phân phối
+) Chọn thanh góp của TPP:
Thanh góp của TPP được chọn theo điều kiện dòng điện phát nóng cho phép k1.k2.Icp ≥ Icb (A)
Trong đó: - Icp: dòng diện cho phép chạy qua thanh dẫn (A)
- k1 : hệ số hiệu chỉnh, do tính toán sơ bộ nên chọn k1 = 1
- k2 : hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường, k2 = 1
- Icb: dòng điện cơ bản chạy qua thanh góp
Chọn thanh góp bằng đồng hình chữ nhật, có sơn kích thước (40 x 5) mm, mỗi pha đặt 3 thanh với Icp = 700 (A)
Ta có bảng thông số kỹ thuật 5
Bảng 3.6: Bảng thông số thanh góp của TPP
+)Chọn Aptomat tổng của TPP: Điện áp định mức:
Uđm Ap ≥ Uđm mạng = 0, 38 (kV)
√3.0,38 F8.02(A) Chọn Aptomat SA603-H do Nhật Bản chế tạo6
Bảng 3.7: Bảng thông số Aptomat tổng của TPP
+) Chọn Aptomat các nhánh của TPP:
Bảng 3.8: Bảng thông số phụ tải tính toán các nhóm
Theo bảng 3.8, nhóm 1 có dòng điện tính toán lớn nhất trong bốn nhóm, do đó, chúng ta sẽ chọn Aptomat nhánh cho trạm dựa trên các điều kiện của nhóm 1 Aptomat nhánh được lựa chọn cần đảm bảo điện áp định mức Uđm Ap ≥ Uđm mạng = 0,38 kV.
Dòng điện định mức: Iđm Ap ≥ IttN1 = 189, 75(A)
Chọn Aptomat SA403-H do Nhật Bản chế tạo7
Bảng 3.9: Bảng thông số Aptomat nhánh của TPP
Mỗi tủ điện trong phân xưởng được cấp nguồn từ thanh góp tủ phân phối qua cáp ngầm hình tia, với Aptomat ở đầu vào để đóng cắt và bảo vệ thiết bị khỏi quá tải và ngắn mạch Các nhánh ra cũng được trang bị Aptomat nhánh, cung cấp điện trực tiếp cho các phụ tải, với tủ động lực thường có từ 8 đến 12 đầu ra.
Hình 3.8: Sơ đồ tủ động lực
+) Chọn thanh góp của TĐL Thanh góp của TĐL được chọn theo điều kiện dòng điện phát nóng cho phép k1.k2.Icp ≥ 𝐼𝑡𝑡 𝑛ℎó𝑚 𝑚𝑎𝑥= 189, 75(A)
Chọn thanh dẫn bằng đồng hình chữ nhật, có sơn kích thước (25 x 3) mm(8) , mỗi
+)Chọn Aptomat tổng của các tủ động lực:
Tương tự như đầu ra của tủ phân phối, đầu vào của các tủ động lực ta cũng đặt các Aptomat loại SA403-H của Nhật Bản chế tạo
Bảng 3.11: Bảng thông số Aptomat tổng của các TĐL
+) Chọn Aptomat nhánh của các tủ động lực:
Aptomat được chọn theo các điều kiện sau: Điện áp định mức: Uđm Ap ≥ Uđm mạng = 0, 38(kV )
Dòng điện định mức: Iđm Ap ≥Ilvmax = Iđm(A)
Các Aptomat nên chọn cùng loại để dễ mua và tiện thay thế khi cần thiết
Ta có bảng tổng hợp kết quả chọn Aptomat nhánh của các tủ động lực9
Bảng 3.12: Kết quả chọn Aptomat nhánh của các tủ động lực stt Tên thiết bị Số hiệu
1 Máy tiện ngang bán tự động
4 Máy khoan định tâm 13 0.58 2.8 4.83 7.33 EA52G 380 40 5 2 350
5 Máy tiện ngang bán tự động
6 Máy tiện ngang bán tự động
7 Máy hàn hồ quang 34 0.9 30 33.33 50.64 EA52G 380 40 5 2 350
2 Máy tiện ngang bán tự động
10 Máy tiện bán tự động
1 Máy tiện bán tự động
2 Máy tiện bán tự động
3 Máy tiện bán tự 16 0,63 5.5 8.73 13.26 EA52G 380 40 5 2 350 động
4 Máy tiện ngang tự động
7 Máy tiện ngang tự động
8 Máy chỉnh lưu hàn 38 0.62 25 40.32 61.26 EA103G 380 75 14 3 600
9 Máy chỉnh lưu hàn 39 0.62 30 46.26 49.01 EA52G 380 40 5 2 350
Tính toán chọn phương án tối ưu
Nguyên tắc chung chọn dây dẫn và dây cáp cho sơ đồ
Trong mạng điện phân xưởng, dây dẫn và dây cáp được chọn theo những nguyên tắc sau:
Để đảm bảo tổn thất điện áp trong giới hạn cho phép, trong các phân xưởng, điều kiện này thường có thể được bỏ qua do chiều dài đường dây ngắn, dẫn đến 4U không đáng kể.
Khi kiểm tra độ sụt áp, điều kiện khởi động động cơ lớn có thể được bỏ qua vì phân xưởng không sử dụng động cơ có công suất lớn.
- Đảm bảo điều kiện phát nóng Như vậy nguyên tắc quan trọng nhất chính là đảm bảo điều kiên phát nóng
Sau đây ta sẽ xét cụ thể về điều kiện phát nóng
Cáp và dây dẫn được chọn cần thỏa mãn: khc.Icp ≥ Ilvmax (A)
- khc: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường đặt cáp và số lượng cáp đi song song trong rãnh
- Icp: dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây cáp chọn được (A).(10)
- Ilvmax: dòng điện làm việc lớn nhất của phân xưởng, nhóm, hay các thiết bị điện đơn lẻ (A)
Cáp từ TBA đến các TPP được lắp đặt theo lộ kép trong hào cáp, với kháng cự khc = 1 Tương tự, cáp từ TPP đến các TĐL cũng sử dụng lộ kép, nhưng được đặt trong rãnh, với kháng cự khc = 1.
+) Với cáp từ TĐL đến các thiết bị ta đi lộ đơn, cáp được đặt trong hào cáp và đi riêng từng tuyến nên khc = 1
Để tối ưu hóa việc lắp đặt tủ phân phối, nên đặt tủ ở góc trái cao nhất của phân xưởng, gần trạm biến áp (TBA) Việc này giúp giảm thiểu khoảng cách giữa tủ và các nhóm động lực, đảm bảo đường dây ngắn nhất và hiệu quả nhất cho hệ thống điện.
Hình 3.9: Sơ đồ đi dây phương án 1
- Xác định dây dẫn từ nguồn đến trạm biến áp:
+ Giá trị dòng điện chạy trong dây dẫn cao áp:
Mật độ dòng điện kinh tế có thể được sử dụng để xác định tiết diện dây dẫn Dựa vào bảng số liệu ban đầu cho dây đồng trong tài liệu của thầy Hòa, chúng ta xác định được giá trị jkt là 3,1 A/mm².
+ Tiết diện dây dẫn cần thiết:
Chúng tôi sử dụng dây cáp vặn xoắn lõi đồng cách điện XLPE, đai thép và vỏ PVC do hãng CADIVI (Nhật Bản) sản xuất Dây cáp có thông số F = 35(mm²), điện trở r₀ = 0.524(Ω/km), điện kháng x₀ = 0.16(Ω/km) và dòng điện chịu tải I cp = 160(A) theo điều kiện phát nóng.
+Kiểm tra điều kiện phát nóng:
Imax = 2×Idm = 2 × 4,04 = 8,08 < Icp => thỏa mãn
+ Xác định tổn hao thực tế:
+ Kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp:
+ Chi phí tổn thất điện năng:
+ Vốn đầu tư đường dây:
Tra bảng 5.pl.b trang 466 ta có suất vốn đầu tư đường dây cao áp v0 = 124,8(10 6 đ/km):
( vì đường dây đôi, lộ kép) akh: hệ số khấu hao
- Dòng điện chạy trong dây dẫn từ trạm biến áp đến trạm phân phối:
Ta chọn cáp XLPE.185 có r0=0,1 và x0 = 0,27 /km (bảng 37.pl) trang
484 gt thầy khánh, do hãng FURUKAWA( nhật bản chế tạo) điện áp 0,53kv theo điều kiện phát nóng
K hc ×I cp = (A) > I max = 2 × 234 = 468(A) => thỏa mãn
+ Xác định tổn hao thực tế:
Với L = 200-1,735 = 2,625 m : chiều dài đường dây từ trạm biến áp đến trạm phân phối
+ Kiểm tra điều kiện phát nóng:
+ Chi phí tổn thất điện năng:
C = ΔA.cΔ = 497,82.1300 = 0,75 10 6 (đ/năm) + Vốn đầu tư đường dây:
Tra bảng 7.pl trang 446 gt thầy khánh ta có suất vốn đầu tư đường dây XLPE ruột đồng 4 lõi mắc trong hào cáp v0 = 374,4.10 6 (đ/km), vậy:
- Dòng điện chạy trong dây dẫn từ tủ phân phối đến tủ động lực 1 là:
Ta chọn dây cáp vặn xoắn lõi đồng cách điện XLPE, đai thép, vỏ PVC do hãng CADIVI (Nhật Bản) chế tạo: F = 50(mm 2), r 0 = 0,39(Ω/km) , x 0 0.087(Ω/km) và
I cp = 190(A) theo điều kiện phát nóng
Ta có K hc ×I cp = 190(A) > I max = 2.I dm = 2×94,87 = 189,74(A)
+ Xác định tổn hao thực tế:
Với L = 4,1: chiều dài đường dây từ trạm phân phối đến tủ động lực 1
+ Kiểm tra điều kiện phát nóng
+ Chi phí tổn thất điện năng:
- Dòng điện chạy trong dây dẫn từ tủ động lực 1 đến máy 1 là:
Ta chọn dây cáp vặn xoắn lõi đồng cách điện XLPE, đai thép, vỏ PVC do hãng CADIVI (Nhật Bản) chế tạo: F = 10(mm 2), r 0 = 1.83(Ω/km) , x 0 0.109(Ω/km) và
I cp = 82(A) theo điều kiện phát nóng
+ Xác định tổn hao thực tế:
Với L = 10.07 m: chiều dài đường dây từ tủ động lực 1 tới thiết bị 1
+ Kiểm tra điều kiện phát nóng
+ Chi phí tổn thất điện năng:
C = ΔA.cΔ = 184,97.1300 = 0,28.10 6 (đ/năm) + Vốn đầu tư đường dây:
Tra bảng 7.pl mắc trong hào ta có suất vốn đầu tư đường dây v0 = 69,76.10 6 (đ/km), vậy:
Z=p.V+C = (0,183.0,7+0,17).10 6 = 0.41.10 6 (đ/năm) Tính toán tương tự cho các đoạn dây khác của phương án 1, ta có kết quả ghi trong bảng số liệu sau:
Bảng 3.12 Bảng kết quả tính toán cho phương án 1 Đoạn dây
TBA 212.550 222.960 308.040 4.04 35 900 0.524 0.160 0.494 21.900 124.800 29.500 0.033 5.431 TBA-TPP 212.550 222.960 308.040 234 185 2.625 0.100 0.270 0.563 497.820 374.400 0.983 0.747 0.927 TPP-TĐL1 87.42 89.19 124.89 94.87 50 13.42 0.390 0.087 1.478 1631.513 153.600 2.061 2.447 2.824 TPP-TĐL2 52.19 59.41 79.08 60.07 25 32.79 0.730 0.095 3.775 2991.615 99.200 3.253 4.487 5.083 TPP-TĐL3 62.35 62.85 88.53 67.25 25 20.50 0.730 0.095 2.778 2344.183 99.200 2.034 3.516 3.888 TPP-TĐL4 60.11 72.17 93.92 71.35 35 29.52 0.520 0.090 2.933 2706.463 124.800 3.684 4.060 4.734 TĐL1-1 15.00 16.62 22.39 34.02 10 10.07 1.830 0.109 0.775 184.604 69.760 0.702 0.277 0.405 TĐL1-6 8.50 9.94 13.08 19.87 10 7.46 1.830 0.109 0.327 46.671 69.760 0.520 0.070 0.165 TĐL1-7 7.50 8.09 11.03 16.76 10 9.98 1.830 0.109 0.384 44.422 69.760 0.696 0.067 0.194 TĐL1-13 2.80 3.93 4.83 7.33 10 5.57 1.830 0.109 0.081 4.744 69.760 0.389 0.007 0.078 TĐL1-19 7.50 16.62 22.39 34.02 10 1.80 1.830 0.109 0.139 32.998 69.760 0.126 0.049 0.072 TĐL1-26 22.00 24.38 32.84 49.89 10 1.63 1.830 0.109 0.184 64.290 69.760 0.114 0.096 0.117 TĐL1-34 30.00 14.53 33.33 50.64 10 4.71 1.830 0.109 0.700 191.409 69.760 0.329 0.287 0.347 TĐL1-35 33.00 46.35 56.90 86.45 10 8.31 1.150 0.101 0.932 618.321 83.520 0.694 0.927 1.054 TĐL 2-2 18.00 19.94 26.86 40.81 16 7.15 1.830 0.109 0.661 188.706 69.760 0.499 0.283 0.374 TĐL2-3 22.00 24.38 32.84 49.89 10 1.14 1.830 0.109 0.129 44.963 69.760 0.080 0.067 0.082
TĐL2-4 1.50 1.62 2.21 3.35 10 6.63 1.830 0.109 0.051 1.182 69.760 0.463 0.002 0.086 TĐL2-5 2.80 3.02 4.12 6.26 10 12.39 1.830 0.109 0.178 7.686 69.760 0.864 0.012 0.170 TĐL2-8 10.00 10.78 14.70 22.34 10 5.79 1.830 0.109 0.297 45.786 69.760 0.404 0.069 0.143 TĐL2-9 4.50 5.12 6.82 10.36 10 2.77 1.830 0.109 0.064 4.707 69.760 0.193 0.007 0.042 TĐL2-10 7.50 8.54 11.37 17.27 10 0.75 1.830 0.109 0.029 3.544 69.760 0.052 0.005 0.015 TĐL2-11 2.80 4.14 5.00 7.59 10 5.73 1.830 0.109 0.084 5.235 69.760 0.400 0.008 0.081 TĐL2-12 7.50 8.54 11.37 17.27 10 9.76 1.830 0.109 0.376 46.114 69.760 0.681 0.069 0.194 TĐL2-17 7.50 9.25 11.91 18.09 10 4.64 1.830 0.109 0.180 24.066 69.760 0.324 0.036 0.095 TĐL2-18 2.20 2.44 3.29 4.99 10 5.54 1.830 0.109 0.063 2.187 69.760 0.386 0.003 0.074 TĐL 3-14 2.80 3.45 4.44 6.75 10 10.68 1.830 0.109 0.155 7.712 69.760 0.745 0.012 0.148 TĐL3-15 2.80 3.45 4.44 6.75 10 9.71 1.830 0.109 0.141 7.011 69.760 0.677 0.011 0.134 TĐL3-16 5.50 6.78 8.73 13.26 10 7.19 1.830 0.109 0.204 20.043 69.760 0.502 0.030 0.122 TĐL3-20 18.00 19.94 26.86 40.81 16 6.91 1.830 0.109 0.639 182.371 69.760 0.482 0.274 0.362 TĐL3-21 3.00 3.06 4.29 6.51 10 3.42 1.830 0.109 0.052 2.297 69.760 0.239 0.003 0.047 TĐL3-22 2.20 2.24 3.14 4.77 10 8.76 1.830 0.109 0.098 3.158 69.760 0.611 0.005 0.117 TĐL3-27 22.00 24.38 32.84 49.89 10 3.52 1.830 0.109 0.398 138.834 69.760 0.246 0.208 0.253
TĐL 4-23 2.80 2.86 4.00 6.08 10 6.00 1.830 0.109 0.086 3.515 69.760 0.419 0.005 0.082 TĐL4-24 5.50 5.93 8.09 12.29 10 8.74 1.830 0.109 0.246 20.911 69.760 0.610 0.031 0.143 TĐL4-25 4.50 5.55 7.15 10.86 10 10.18 1.830 0.109 0.237 19.008 69.760 0.710 0.029 0.158 TĐL4-30 5.00 10.20 12.66 19.24 10 2.57 1.830 0.109 0.100 15.067 69.760 0.179 0.023 0.055 TĐL4-31 10.00 7.65 12.59 19.13 10 2.14 1.830 0.109 0.108 12.408 69.760 0.149 0.019 0.046 TĐL4-32 7.50 9.25 11.91 18.09 10 6.03 1.830 0.109 0.234 31.276 69.760 0.421 0.047 0.124 TĐL4-33 6.00 7.40 9.53 14.47 10 9.63 1.830 0.109 0.299 31.967 69.760 0.672 0.048 0.171 TĐL4-38 25.00 31.64 40.32 61.27 10 7.75 1.830 0.109 1.003 460.921 69.760 0.541 0.691 0.790 TĐL4-39 30.00 25.31 44.26 49.01 10 2.66 1.830 0.109 0.276 101.238 69.760 0.186 0.152 0.186
Tính toán tổn thất điện áp cực đại trong mạng điện hạ áp:
+ Hao tổn cực đại từ TBA – TPP – TĐL 1 – các máy thuộc TĐL 1: ΔUM1 = ΔUTBA-TPP + ΔUTPP-ĐL1 + maxΔUĐL1-cacmay=0.56+1.48+0.932=2.972(V)
+ Hao tổn cực đại từ TBA – TPP – TĐL 2 – các máy thuộc TĐL 2: ΔUM2 = ΔUTBA-TPP + ΔUTPP-ĐL2 + maxΔUĐL2- cacmay=0.56+3.78+0.661=5(V)
+ Hao tổn cực đại từ TBA – TPP – TĐL 3 – các máy thuộc TĐL 3: ΔUM3 = ΔUTBA-TPP + ΔUTPP-ĐL3 + maxΔUĐL3-cacmay = 0.56+2.78+0.639=3.979 (V)
+ Hao tổn cực đại từ TBA – TPP – TĐL 4 – các máy thuộc TĐL 4: ΔUM4 = ΔUTBA-TPP + ΔUTPP-ĐL4 + maxΔUĐL4-cacmay = 0.56+2.93+ 0.299=3.789(V)
=> Hao tổn cực đại trong mạng điện hạ áp là ΔUMax = ΔUM2 =5(V)
- Hao tổn điện áp cho phép:
Như vậy, ΔUMax = 5 < ΔUcp : mạng điện đảm bảo yêu cầu kĩ thu
Phương án 2 đề xuất đặt tủ phân phối ở vị trí trung tâm của phân xưởng, từ đó xác định vị trí tủ điện gần với tâm của các nhóm động lực Việc này giúp tối ưu hóa khoảng cách đi dây, đảm bảo ngắn nhất và hiệu quả nhất cho hệ thống điện.
Hình 3.10: Sơ đồ đi dây phương án 2
Bảng 3.1 Bảng kết quả tính toán cho phương án 2 Đường dây P(kW)
TBA 212.550 222.960 308.040 4.042 35 900 0.524 0.160 0.494 21.900 124.800 29.500 0.033 5.431 TBA-TPP 212.550 222.960 308.040 234.009 185 13.750 0.100 0.270 2.947 2607.631 374.400 5.148 3.911 4.854 TPP-TĐL1 87.420 89.190 124.888 94.874 50 11.710 0.390 0.087 1.290 1423.622 153.600 1.799 2.135 2.465 TPP-TĐL2 52.190 59.410 79.078 60.073 25 9.960 0.730 0.095 1.147 908.707 99.200 0.988 1.363 1.544 TPP-TĐL3 62.350 62.850 88.530 67.254 25 2.170 0.730 0.095 0.294 248.140 99.200 0.215 0.372 0.412 TPP-TĐL4 60.110 72.170 93.924 71.351 35 29.520 0.520 0.090 2.933 2706.463 124.800 3.684 4.060 4.734 TĐL1-1 15.000 16.620 22.388 34.015 10 10.070 1.830 0.109 0.775 184.604 69.760 0.702 0.277 0.394 TĐL1-6 8.500 9.940 13.079 19.871 10 7.460 1.830 0.109 0.327 46.671 69.760 0.520 0.070 0.157 TĐL1-7 7.50 8.09 11.03 16.76 10 9.980 1.830 0.109 0.384 44.422 69.760 0.696 0.067 0.183 TĐL1-13 2.80 3.93 4.83 7.33 10 5.570 1.830 0.109 0.081 4.744 69.760 0.389 0.007 0.072
TĐL 2-2 18.00 19.94 26.86 40.81 10 7.150 1.830 0.109 0.661 188.706 69.760 0.499 0.283 0.366 TĐL2-3 22.00 24.38 32.84 49.89 10 1.140 1.830 0.109 0.129 44.963 69.760 0.080 0.067 0.081 TĐL2-4 1.50 1.62 2.21 3.35 10 6.630 1.830 0.109 0.051 1.182 69.760 0.463 0.002 0.079 TĐL2-5 2.80 3.02 4.12 6.26 10 12.390 1.830 0.109 0.178 7.686 69.760 0.864 0.012 0.156 TĐL2-8 10.00 10.78 14.70 22.34 10 5.790 1.830 0.109 0.297 45.786 69.760 0.404 0.069 0.136 TĐL2-9 4.50 5.12 6.82 10.36 10 2.770 1.830 0.109 0.064 4.707 69.760 0.193 0.007 0.039 TĐL2-10 7.50 8.54 11.37 17.27 10 0.750 1.830 0.109 0.029 3.544 69.760 0.052 0.005 0.014 TĐL2-11 2.80 4.14 5.00 7.59 10 5.730 1.830 0.109 0.084 5.235 69.760 0.400 0.008 0.075 TĐL2-12 7.50 8.54 11.37 17.27 10 9.760 1.830 0.109 0.376 46.114 69.760 0.681 0.069 0.183 TĐL2-17 7.50 9.25 11.91 18.09 10 4.640 1.830 0.109 0.180 24.066 69.760 0.324 0.036 0.090 TĐL2-18 2.20 2.44 3.29 4.99 10 5.540 1.830 0.109 0.063 2.187 69.760 0.386 0.003 0.068 TĐL 3-14 2.80 3.45 4.44 6.75 10 10.680 1.830 0.109 0.155 7.712 69.760 0.745 0.012 0.136 TĐL3-15 2.80 3.45 4.44 6.75 10 9.710 1.830 0.109 0.141 7.011 69.760 0.677 0.011 0.124 TĐL3-16 5.50 6.78 8.73 13.26 10 7.190 1.830 0.109 0.204 20.043 69.760 0.502 0.030 0.114 TĐL3-20 18.00 19.94 26.86 40.81 10 6.910 1.830 0.109 0.639 182.371 69.760 0.482 0.274 0.354 TĐL3-21 3.00 3.06 4.29 6.51 10 3.420 1.830 0.109 0.052 2.297 69.760 0.239 0.003 0.043 TĐL3-22 2.20 2.24 3.14 4.77 10 8.760 1.830 0.109 0.098 3.158 69.760 0.611 0.005 0.107 TĐL3-27 22.00 24.38 32.84 49.89 10 3.520 1.830 0.109 0.398 138.834 69.760 0.246 0.208 0.249 TĐL3-28 5.00 5.10 7.14 10.85 10 0.030 1.830 0.109 0.001 0.056 69.760 0.002 0.000 0.000 TĐL3-29 4.50 4.59 6.43 9.77 10 5.030 1.830 0.109 0.116 7.601 69.760 0.351 0.011 0.070
TĐL3-36 15.00 20.00 25.00 37.98 10 3.120 1.830 0.109 0.243 71.321 69.760 0.218 0.107 0.143 TĐL3-37 20.00 30.37 36.36 55.25 10 11.300 1.830 0.109 1.187 546.513 69.760 0.788 0.820 0.951 TĐL 4-23 2.80 2.86 4.00 6.08 10 6.000 1.830 0.109 0.086 3.515 69.760 0.419 0.005 0.075 TĐL4-24 5.50 5.93 8.09 12.29 10 8.740 1.830 0.109 0.246 20.911 69.760 0.610 0.031 0.133 TĐL4-25 4.50 5.55 7.15 10.86 10 10.180 1.830 0.109 0.237 19.008 69.760 0.710 0.029 0.147 TĐL4-30 5.00 10.20 12.66 19.24 10 2.570 1.830 0.109 0.100 15.067 69.760 0.179 0.023 0.053 TĐL4-31 10.00 7.65 12.59 19.13 10 2.140 1.830 0.109 0.108 12.408 69.760 0.149 0.019 0.044 TĐL4-32 7.50 9.25 11.91 18.09 10 6.030 1.830 0.109 0.234 31.276 69.760 0.421 0.047 0.117 TĐL4-33 6.00 7.40 9.53 14.47 10 9.630 1.830 0.109 0.299 31.967 69.760 0.672 0.048 0.160 TĐL4-38 25.00 31.64 40.32 61.27 10 7.750 1.830 0.109 1.003 460.921 69.760 0.541 0.691 0.782 TĐL4-39 30.00 25.31 44.26 49.01 10 2.660 1.830 0.109 0.276 101.238 69.760 0.186 0.152 0.183
1096.87 1196.92 1627.94 57.994 27.355 o Tính toán tổn thất điện áp cực đại trong mạng điện hạ áp:
+ Hao tổn cực đại từ TBA – TPP – TĐL 1 – các máy thuộc TĐL 1: ΔUM1 = ΔUTBA-TPP + ΔUTPP-ĐL1 + maxΔUĐL1-cacmay=2.95+1.29+0.932=5.172 (V)
+ Hao tổn cực đại từ TBA – TPP – TĐL 2 – các máy thuộc TĐL 2: ΔUM2 = ΔUTBA-TPP + ΔUTPP-ĐL2 + maxΔUĐL2- cacmay = 2.95+1.15+0.661=4.761 (V)
+ Hao tổn cực đại từ TBA – TPP – TĐL 3 – các máy thuộc TĐL 3: ΔUM3 = ΔUTBA-TPP + ΔUTPP-ĐL3 + maxΔUĐL3-cacmay = 2.95+0.29+0.639=3.879(V)
+ Hao tổn cực đại từ TBA – TPP – TĐL 4 – các máy thuộc TĐL 4: ΔUM4 = ΔUTBA-TPP + ΔUTPP-ĐL4 + maxΔUĐL4-cacmay = 2.95+2.93+0.299=6.179 (V)
=> Hao tổn cực đại trong mạng điện hạ áp là : ΔUMax = ΔUM4 =6.179(V)
- Hao tổn điện áp cho phép:
Như vậy, ΔUMax =6.179< ΔUcp : mạng điện đảm bảo yêu cầu kĩ thuật
Cả hai phương án đều đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, tuy nhiên, chi phí quy đổi của phương án 1 là 10.646đ/năm, thấp hơn so với phương án còn lại.
Sự chênh lệch chi phí được xác định:
Vì Z% > 5% nên ta chọn phương án nào có hàm chi phí Z nhỏ nhất
Vậy ta chọn phương án 1
LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA CÁC THIẾT BỊ CỦA SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN
Chọn dây dẫn của mạng động lực, dây dẫn của mạng chiếu sáng
4.1.1 Chọn dây dẫn mạng động lực
Việc tính toán mạng điện là rất quan trọng để xác định tiết diện dây dẫn, lựa chọn thiết bị bảo vệ và các tham số liên quan Quá trình này cần tuân thủ quy trình quy phạm hiện hành Đặc biệt, các dây dẫn cung cấp điện cho thiết bị một pha, bao gồm dây pha và dây trung tính, phải có tiết diện bằng nhau Ngoài ra, việc chọn dây cáp và thiết bị bảo vệ cần đảm bảo các điều kiện an toàn cho cả thiết bị và người sử dụng.
- Có khả năng làm việc bình thường với phụ tải cực đại và có khả năng chịu quá tải trong khoảng thời gian xác định;
Không làm ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của thiết bị khi xảy ra dao động điện ngắn hạn, chẳng hạn như khi khởi động động cơ hoặc khi đóng cắt các mạch điện.
Các thiết bị bảo vệ (aptomat, cầu chảy) phải:
Khi chọn dây dẫn cho mạng điện, cần đảm bảo rằng nó hoạt động bình thường mà không gây ra hiện tượng quá nhiệt Để đạt được điều này, giá trị dòng điện cực đại trong mạch không được vượt quá mức cho phép của từng loại dây dẫn.
Sơ đồ khối (logigram) giúp lựa chọn tiết diện dây dẫn và thiết bị bảo vệ cho mạng điện Dòng điện cho phép là giá trị tối đa mà dây dẫn có thể chịu đựng mà không làm giảm tuổi thọ của nó Đối với mỗi tiết diện cụ thể, dòng cho phép tối đa phụ thuộc vào một số tham số nhất định.
- Kết cấu của cáp và đường dẫn (lõi Cu hoặc Al; cách điện PVC hoặc EPR v,v,; số dây dẫn hoạt động);
- Nhiệt độ môi trường xung quanh;
- Phương thức lắp đặt dây dẫn;
Mạch điện lân cận có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của hệ thống điện trong nhà Dây dẫn được sử dụng trong mạng điện thường là dây cáp hoặc dây cách điện, và tiết diện của dây dẫn cần được lựa chọn phù hợp với dòng điện cho phép để đảm bảo an toàn và hiệu quả sử dụng.
IM - giá trị dòng điện làm việc cực đại chạy trên dây dẫn, được xác định theo biểu thức:
Dòng điện làm việc của thiết bị thứ i được ký hiệu là Ilv,i, trong khi hệ số đồng thời kđt phụ thuộc vào công suất và số lượng thiết bị điện được cung cấp Số lượng thiết bị được cung cấp bởi đoạn dây xét được ký hiệu là ntbi.
Icp là giá trị dòng điện tối đa mà dây dẫn có thể chịu đựng, phụ thuộc vào nhiệt độ làm nóng của chúng Giá trị dòng cho phép được xác định thông qua một công thức tính toán cụ thể.
Dòng điện cho phép lâu dài của dây dẫn trong điều kiện bình thường được ký hiệu là Icp,n, và có hệ số hiệu chỉnh khc = k1.k2.k3 Trong đó, k1 là hệ số phụ thuộc vào phương thức lắp đặt dây dẫn; đối với mạch điện lắp đặt trong hầm cáp kín, k1 được chọn là 0,95 Hệ số k2 phụ thuộc vào số lượng dây cáp đặt chung trong hào cáp, trong khi k3 là hệ số hiệu chỉnh dựa trên nhiệt độ trung bình thực tế tại nơi lắp đặt.
Để đảm bảo chế độ ổn định nhiệt, dòng ngắn mạch chạy qua tiết diện của cáp cần phải lớn hơn giá trị tối thiểu được xác định theo biểu thức t k k.
Ik – giá trị dòng điện ngắn mạch ba pha chạy qua thiết bị, A; tk – thời gian tồn tại của dòng ngắn mạch, s;
Ct – hệ số đặc trưng của dây cách điện, phụ thuộc vào vật liệu dẫn điện
Do tỉ lệ phụ tải loại I là 70%, chúng ta chọn cáp đồng 4 lõi, lộ kép làm dây dẫn từ nguồn đến phân xưởng, lắp đặt trong rãnh cáp với chiều dài đường dây L bằng 0 mét.
Với lưới điện 22 kV, việc chọn tiết diện dây dẫn cần dựa vào mật độ kinh tế Theo số liệu từ TMaxE00(h) của dây cáp đồng, ta có Jkt = 3.1 A/mm² (theo bảng 6.10 trong Giáo trình CCD của Ts Ngô Hồng Quang) Trong chương 3, chúng ta đã thực hiện việc chọn sơ bộ tiết diện dây dẫn từ trạm biến áp (TBA) đến các tủ phân phối và từ các tủ phân phối đến các tủ động lực (bảng 3.3) Bây giờ, cần tiến hành kiểm tra để đảm bảo điều kiện dòng cho phép.
Theo phương thức mắc trong hào cáp, xác định được các hệ số hiệu chỉnh : k1 = 0,95, k2 = 1, k3 = 0,96
+ Từ trạm biến áp tới tủ phân phối: ở trên dùng dây XLPE.185, có dòng điện cho phép ở điều kiện chuẩn là: Icp = 465 A Dòng điện hiệu chỉnh cho phép:
tiết diện dây này thỏa mãn
Kiểm tra tương tự cho các đoạn dây còn lại, ta có bảng dưới đây:
Bảng 4.1 Bảng kết quả tính toán kiểm tra Đoạn dây
Dữ liệu cho thấy rằng các chỉ số TPP-TĐL4 và ĐL1-1 đến ĐL4-39 đều thỏa mãn các tiêu chí đã đề ra, với các thông số như sau: TPP-TĐL4 với giá trị 35, 160, 0.95, 1, 0.96, 145.92, 71.351; ĐL1-1 với 10, 82, 0.95, 1, 0.96, 74.784, 34.015; ĐL1-2 đến ĐL1-10 đều có các thông số tương tự, với giá trị khác nhau trong phần cuối Các chỉ số từ ĐL2-11 đến ĐL4-39 cũng cho thấy sự đồng nhất trong các thông số, khẳng định tính khả thi và hiệu quả của các tiêu chí đã thiết lập.
4.1.2 Chọn dây dẫn cho mạng điện chiếu sáng
Khi động cơ khởi động, áp suất điện sẽ giảm mạnh, do đó mạng điện chiếu sáng được cấp điện từ tủ phân phối để đảm bảo chất lượng ánh sáng Dây dẫn từ tủ phân phối đến tủ chiếu sáng sử dụng cáp đồng 3 pha, trong khi dây dẫn đến các bóng đèn là dây 2 pha có trung tính Tủ điện chiếu sáng được lắp đặt ngay cửa vào của phân xưởng, cùng phía với tủ phân phối, nhằm thuận tiện cho việc bật tắt.
Chỉ chọn dây dẫn cho mạng chiếu sáng chung, còn chiếu sáng cục bộ được lấy điện tại chỗ qua mạng động lực( các tủ động lực )
Hình 4.2- Sơ đồ mạch điện chiếu sang
- Mạng điện chiếu sáng được xây dựng với 6 mạch rẽ, mỗi mạch rẽ gồm 9 bóng Như vậy công suất mỗi mạch nhánh phải chịu là: 9.0,2 = 1,8 kW
Ta tính các mô men tải như sau:
Mqd = M0+.(M1+M2+M3+M4+M5 +M6) ΔUcpcs = ΔUcp% - ΔUTBA-TPP %= 3,5% - 0,04% = 3,46% Đoạn OA : U cp = 2 %
Vậy tiết diện của đoạn dây dẫn OA là:
Tra bảng 4.pl [ 2], ứng với dây đồng của mạng 3 pha có trung tính có C= 83
Ta chọn dây có tiết diện 6 mm 2
Như vậy hao tổn điện áp thực tế của đoạn OA là:
Hao tổn điện áp cho phép trên nhánh rẽ AB: ΔUcpAB = ΔUcpOA% - ΔUOA %= 3,46% - 1,648% =1,812 Tiết diện dây dẫn các nhánh rẽ AB:
C 7 tra bảng 4.pl [2], ứng với dây đồng của mạng 2 pha có trung tính
Ta chọn dây có tiết diện 2,5 mm 2 Tiết diện dây dẫn các nhánh rẽ AC:
Ta chọn dây có tiết diện 2,5 mm 2 Tiết diện dây dẫn các nhánh rẽ AD:
Chúng tôi đã chọn dây dẫn có tiết diện 2,5 mm² Sau khi thực hiện tính toán cho các nhánh rẽ còn lại, chúng tôi đã thu được kết quả về tiết diện dây dẫn cho mạng chiếu sáng, được ghi lại trong bảng dưới đây.
Bảng 4.2: Tiết diện dây chiếu sáng Đoạn OA AB AC AD AE AF AG
Nhận xét: do các dây mạch nhánh được chọn với tiết diện vượt cấp nên không cần kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp cho phép
Tính toán ngắn mạch
Các dạng ngắn mạch phổ biến trong hệ thống cung cấp điện bao gồm ngắn mạch N(3), N(1,1) và N1 Ngắn mạch 3 pha được coi là sự cố nghiêm trọng nhất, do đó, việc lựa chọn thiết bị điện thường dựa vào ngắn mạch này Để lựa chọn và kiểm tra dây dẫn cũng như các thiết bị điện trong mạng cao áp, cần xem xét 4 điểm ngắn mạch quan trọng.
- N: điểm ngắn mạch trên thanh cái trạm phân phối trung tâm để kiểm tra máy cắt và thanh góp (Ngắn mạch phía cao áp)
- N1 đến N3: điểm ngắn mạch phía hạ để kiểm tra cáp và các thiết bị hạ áp trong phân xưởng 4.2.1 Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế
Hình 4.3: sơ đồ nguyên lý phía cao áp của mạng điện
𝑆 𝑁 (Ω) Với Utb = 1, 05.Uđm, SN = 150(MVA)
150 = 3,55(Ω) Thông số đường dây nguồn - TBA:
Dây D1, mã hiệu XPLE.35 có r0 = 0,524(Ω/km), x0 = 0, 13(Ω/km) , Icp = 160(A),
tính toán ngắn mạch tại N
√3.3,63=3,49(kA) Dòng điện xung kích ixk = kxk 2 𝐼 𝑁
Trong mạng điện cao áp với hệ số kxk = 1.8, ta tính được dòng ngắn mạch ixk = kxk 2.𝐼 𝑁 = 1,8 2.3,49 = 8,84 kA Việc tính toán ngắn mạch phía hạ áp của mạng điện cần được thực hiện, đồng thời kiểm tra sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế cho đoạn đường dây HT-TĐL1.
Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý phía hạ áp của mạng điện
Hình 4.6:Sơ đồ thay thế phía hạ áp của mạng điện
+Các thông số của sơ đồ thay thế
Thông số Nguồn quy về phía hạ áp:
Thông số đường dây Nguồn – TBA quy về phía hạ áp:
Trạm có 2 MBA, mỗi ngày có Sđm = 160(kVA);∆P0 = 0,5(kW); ∆PN = 2,95(kW);
N dm tba MBA dm tba tba tba
Thông số các đường dây phía hạ áp:
─ Dây D3 XLPE.25 có: r0 = 1,15(Ω/km); x0 = 0,101(Ω/km); LD2 = 0,04473(km)
Tính ngắn mạch, kiểm tra thiết bị tại N1
R = - = xk 1,93 ị k = (Tra phụ lục A – bảng 6 phụ lục trang 457 sỏch bài tập)
Tính ngắn mạch, kiểm tra thiết bị tại N2
R = - = xk 1,93 ị k = (tra phụ lục A – bảng 6 trang 457 sỏch bài tập)
Tính ngắn mạch, kiểm tra thiết bị tại N3
R = = xk 1, 2 ị k = (tra phụ lục A – bảng 6 phụ lục trang 457 sỏch bài tập)
chọn thiết bị bảo vệ và đo lường
Các thiết bị này đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ mạch điện, đảm bảo mạch hoạt động tin cậy và an toàn, đồng thời giúp đo lường một cách chính xác.
Dao cách ly được sử dụng để thực hiện nhiệm vụ cách ly giữa đường dây trung áp và trạm biến áp, đảm bảo an toàn trong quá trình kiểm tra, bảo dưỡng và sửa chữa thiết bị tại trạm biến áp Việc lựa chọn dao cách ly cần tuân thủ những điều kiện nhất định để đảm bảo hiệu quả và an toàn trong hoạt động điện lực.
UdmDCL ≥ Umạngđiện"(kV) -dòng điện định mức
Ta chọn dao cách ly PBP(3)-24/8000(1) do công ty thiết bị Điện Đông Anh chế tạo có thông số
Bảng 4.3: bảng thông số dao cách ly của dây dẫn nguồn-TBA
Ixk (kA) Đơn gía (.10 3 đ/bộ)
4.3.2 chọn máy cắt phụ tải
Máy cắt phụ tải chọn theo điều kiện: Điều kiện chọn và kiểm tra máy cắt:
-Điện áp định mức: Uđm>Uđm mạng" kV -Dòng điện định mức: Iđm>Ilv=8,08 A
Ta chọn máy cắt không khí loại cố định 3cực 3WL1112-2CB32-1AA2 do Siemens chế tạo (2) có thông số cho trong bảng sau:
Bảng 4.4: bảng thông số máy cắt phụ tải
Số lượng Iđm(A) IN(kA) Đơn giá
Cầu chì được chọn theo các điều kiện sau:
UdmCC ≥ Umạngđiện"(kV) -dòng điện định mức
√3.22=5,88(A) Chọn cầu chì cao áp ∏K do Nga chế tạo (3) ta có
Bảng 4.5: bảng thông số cầu chì của dây dẫn nguồn-TBA
Số lượng UđmCC(kV) IđmCC(A) Icắt
4.3.4 Thanh góp hạ áp của TBA
Thanh góp của TBA được chọn theo điều kiện dòng điện phát nóng cho phép
Theo điều kiện phát nóng: k1.k2.Icp ≥ Icb= 308,04
√3 0,38 F8,02(A) Chọn thanh góp bằng đồng hình chữ nhật, có sơn kích thước (40 x 5) mm, mỗi pha đặt 3 thanh với Icp = 700 (A)
Ta có bảng thông số kỹ thuật
Bảng 4.6: Bảng thông số thanh góp hạ ápcủa TBA
4.1.5 Chọn aptomat bảo vệ TBA
Aptomat tổng và aptomat phân đoạn được chọn theo các điều kiện sau:
UdmAp ≥ Umạngđiện=0.38(kV) -dòng điện định mức
√3.0.3840.33(A) Chọn aptomat SA603-H do Nhật Bản chế tạo (5) ta có
Bảng 4.7 bảng thông số aptomat tổng và aptomat phân đoạn của dây dẫn TBA
I cắt Số cực Đơn giá
Kiểm tra dây cáp nguồn-TBA
Cáp đã chọn được kiểm tra điều kiện phát nóng vì cậy ta chỉ kiểm tra ổn định nhiệt của dây cáp thỏa mãn khi:
Với 𝐼 𝑁 : Gía trị dòng điện ngắn mạch bap ha chạy qua thiết bị (A)
𝑡 𝑘 : thời gian tồn tại của dòng ngắn mạch, thao đề bài 𝑡 𝑘 =2,5(s)
Hệ số đặc trưng của dây cách điện, ký hiệu là \( C_t \), phụ thuộc vào loại vật liệu dẫn điện được chỉ ra trong bảng 7.2.1 (8) Đối với dây cáp đồng, giá trị của \( C_t \) là 9 Việc kiểm tra dây cáp từ Trạm Biến Áp (TBA) đến Trạm Phát Điện (TPP) cần được thực hiện theo biểu thức đã quy định.
o Kiểm tra thanh góp hạ áp của trạm biến áp
Kiểm tra ổn định nhiệt theo điều kiện:
Ct: hệ số đặc trưng của dây cách điện, phụ thuộc vào vật liệu dẫn điện(9).với thanh dẫn đồng có Ct1
o Kiểm tra dao cách ly PBP-24/8000
Dòng điện ngắn mạch xung kích cho phép : i = 300 ( kA)≥ i =3,49(kA) thỏa mãn o Kiểm tra cầu chì cao áp loại ∏𝐾
Dòng điện cắt định mức:
IcắtCC= 12 ( kA)≥ iN=3,49 (kA) thỏa mãn Vậy các thiết bị và dây cáp đã chọn phía cao áp đều thỏa mãn các điều kiện
