THIẾT kế CUNG cấp điện CHO xí NGHIỆP CHẾ tạo máy kéo BKHN

GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI

TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

Đề tài thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy sản xuất máy kéo tập trung vào việc xác định phụ tải tính toán cho phân xưởng sửa chữa cơ khí và toàn bộ nhà máy Bài viết trình bày phương pháp thiết kế mạng điện cao áp cho toàn nhà máy và mạng điện hạ áp cho phân xưởng sửa chữa cơ khí Các thông số cơ bản phục vụ cho tính toán được lấy từ đề bài và tài liệu tham khảo chuyên môn.

ĐẶC ĐIỂM PHÂN BỐ PHỤ TẢI

Phụ tải điện của khu công nghiệp được cung cấp từ nguồn điện cách khoảng 12 km thông qua đường dây nhôm lõi thép (AC) được treo trên không, với cấp điện áp tương ứng.

22 kV hoặc 35 kV Dung lượng ngắn mạch về phía hạ áp của trạm biến áp khu vực

250 MVA Công suất nguồn điện vô cùng lớn

Bảng 1.1 – Phụ tải nhà máy sản xuất máy kéo

STT Tên phân xưởng Công suất đặt

1 Khu nhà phòng ban quản lý và xưởng thiết kế 200 III

2 PX gia công cơ khí 3600 I

6 PX sửa chữa cơ khí Theo tính toán III

9 Bộ phận nén khí 1700 III

12 Chiếu sáng phân xưởng Theo diện tích

Nhóm 7 – Hệ thống cung cấp điện - 6 -

Hình 1.1 – Sơ đồ đặt toàn nhà máy sản xuất máy kéo

PHÂN XƯỞNG SỬA CHỮA CƠ KHÍ

Phân xưởng sửa chữa cơ khí là một phụ tải quan trọng, cần được tính toán kỹ lưỡng dựa trên sơ đồ mặt bằng của phân xưởng và danh sách thiết bị đã được liệt kê.

Bảng 1.2 – Danh sách thiết bị của phân xưởng sửa chữa cơ khí

STT Tên thiết bị Số lượng Nhãn máy Pdm 1 máy

BỘ PHẬN SỬA CHỮA CƠ KHÍ VÀ ĐIỆN

3 Máy tiện ren 4 IE6EM 3,2

9 Máy mài tròn vạn năng 1 3130 2,8

STT Tên thiết bị Số lượng Nhãn máy Pdm 1 máy

13 Máy bào giường một trụ 1 MC38 10

18 Máy mài tròn vạn năng 1 312M 2,8

19 Máy mài phẳng có trục đứng 1 373 10

20 Máy mài phẳng có trục nằm 1 371M 2,8

24 Máy ép tay kiểu vít 1 - -

27 Máy mài sắc các dao gọt 1 3A625 2,8

Hình 1.2 – Sơ đồ mặt bằng phân xưởng sửa chữa cơ khí

XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA KHU CÔNG NGHIỆP

TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN

2.1.1 Khái niệm về phụ tải tính toán

Phụ tải tính toán là một số liệu rất cơ bản dùng để thiết kế hệ thống cung cấp điện

Phụ tải tính toán là giá trị giả định lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải thực tế về hiệu ứng nhiệt lớn nhất Điều này có nghĩa là phụ tải tính toán cũng làm nóng vật dẫn đến nhiệt độ tối đa mà phụ tải thực tế gây ra Do đó, việc lựa chọn thiết bị điện dựa trên phụ tải tính toán giúp đảm bảo an toàn về mặt phát nóng cho các thiết bị trong mọi trạng thái vận hành.

2.1.2 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán

Hiện nay, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện về các phương pháp xác định phụ tải tính toán Trong số đó, phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu là một trong những phương pháp chủ yếu được sử dụng.

Một cách gần đúng có thể lấy Pđ = Pđm

Khi đó n tt nc dmi i=1

- Pđi, Pđmi: công suất đặt và công suất định mức của thiết bị thứ i ( kW)

- Ptt, Qtt, Stt: công suất tác dụng, phản kháng và toàn phần tính toán của nhóm thiết bị ( kW, kVAR, kVA )

- n: số thiết bị trong nhóm

Hệ số nhu cầu (Knc) của nhóm hộ tiêu thụ đặc trưng được tra cứu trong sổ tay có ưu điểm là đơn giản và thuận tiện Tuy nhiên, phương pháp này lại có nhược điểm là kém chính xác, vì hệ số nhu cầu trong sổ tay là một số liệu cố định, không phụ thuộc vào chế độ vận hành và số lượng thiết bị trong nhóm.

Nhóm 7 – Hệ thống cung cấp điện - 11 - b Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất:

- po: suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất (W/m 2 ) Giá trị po đươc tra trong các sổ tay

Phương pháp này cho kết quả gần đúng khi phụ tải phân bố đồng đều trên diện tích sản xuất, thường được áp dụng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ và thiết kế chiếu sáng Ngoài ra, phương pháp xác định phụ tải tính toán cũng dựa trên suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị thành phẩm.

M : Số đơn vị sản phẩm được sản xuất ra trong một năm

Wo : Suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm ( kWh )

Tmax : Thời gian sử dụng công suất lớn nhất ( giờ )

Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số cực đại được áp dụng cho các thiết bị điện có đồ thị phụ tải ít biến đổi, như quạt gió, máy nén khí và bình điện phân Trong trường hợp này, phụ tải tính toán gần bằng phụ tải trung bình, dẫn đến kết quả tính toán tương đối chính xác.

Công thức tính: n tt max sd dmi i=1

Trong đó: n: Số thiết bị điện trong nhóm

Pđmi: Công suất định mức thiết bị thứ i trong nhóm

Kmax: Hệ số cực đại tra trong sổ tay theo quan hệ

Kmax là hàm số phụ thuộc vào nhq và Ksd, trong đó nhq đại diện cho số lượng thiết bị sử dụng điện hiệu quả Nhq được xác định là số thiết bị giả định có công suất và chế độ làm việc đồng nhất, yêu cầu phụ tải tương đương với phụ tải tính toán của nhóm thiết bị thực tế, bao gồm các thiết bị với công suất và chế độ làm việc khác nhau.

Công thức để tính nhq như sau:

Pđm: công suất định mức của thiết bị thứ i n: số thiết bị có trong nhóm

Khi n lớn thì việc xác định nhq theo phương pháp trên khá phức tạp do đó có thể xác định nhq một cách gần đúng theo cách sau:

+ Khi thoả mãn điều kiện: dm max dm min m P 3

= P  và Ksd ≥ 0,4 thì lấy nhq = n

Trong đó Pđm min, Pđm max là công suất định mức bé nhất và lớn nhất của các thiết bị trong nhóm

+ Khi m > 3 và Ksd ≥ 0,2 thì nhq có thể xác định theo công thức sau: n 2 dmi i=1 hq dmmax

+ Khi m > 3 và Ksd < 0,2 thì nhq được xác định theo trình tự như sau:

Tính n1 - số thiết bị có công suất ≥ 0,5Pđm max

Tính P1- tổng công suất của n1 thiết bị kể trên :

Tính n* = ; P* P: tổng công suất của các thiết bị trong nhóm : n dmi i=1

Dựa vào n*, P* tra bảng xác định được nhq* = f (n*,P* )

Khi nhóm thiết bị tiêu thụ điện hoạt động ở chế độ ngắn hạn lặp lại, cần lưu ý quy đổi sang chế độ dài hạn khi tính toán nhq.

Nhóm 7 – Hệ thống cung cấp điện - 13 - qd dm d%

Kd: hệ số đóng điện tương đối phần trăm

Cũng cần quy đổi về công suất 3 pha đối với các thiết bị dùng điện 1 pha

+ Nếu thiết bị 1 pha đấu vào điện áp pha:

+ Thiết bị một pha đấu vào điện áp dây:

Chú ý: Khi số thiết bị hiệu quả bé hơn 4 thì có thể dùng phương pháp đơn giản sau để xác định phụ tải tính toán :

Phụ tải tính toán cho nhóm thiết bị, bao gồm ba thiết bị hoặc ít hơn, có thể được xác định bằng công suất danh định của nhóm thiết bị đó.

P =  P n: số thiết bị tiêu thụ điện thực tế trong nhóm

Khi số lượng thiết bị tiêu thụ thực tế trong nhóm lớn hơn 3 và số thiết bị tiêu thụ hiệu quả nhỏ hơn 4, phụ tải tính toán có thể được xác định bằng công thức: n tt ti dmi i=1.

Trong đó : Kt là hệ số tải Nếu không biết chính xác có thể lấy như sau:

Kt = 0,9 đối với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn

Kt = 0,75 là hệ số áp dụng cho thiết bị hoạt động trong chế độ ngắn hạn lặp lại Phương pháp xác định phụ tải tính toán dựa trên công suất trung bình và hệ số hình dáng.

Công thức tính: Ptt = Khd.Ptb

Trong đó Khd: hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải tra trong sổ tay

Ptb: công suất trung bình của nhóm thiết bị khảo sát

A: điện năng tiêu thụ của một nhóm hộ tiêu thụ trong khoảng thời gian T f Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và độ lệch trung bình bình phương

Công thức tính: Ptt = Ptb ± β.δ

Trong đó: β: hệ số tán xạ δ: độ lệch của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình

Phương pháp này thường được áp dụng để tính toán phụ tải cho các nhóm thiết bị trong phân xưởng hoặc toàn bộ nhà máy Tuy nhiên, nó ít được sử dụng trong thiết kế mới do yêu cầu nhiều thông tin chi tiết về phụ tải.

Nhóm 7 – Hệ thống cung cấp điện - 14 - chỉ phù hợp với hệ thống đang vận hành g Xác định phụ tải đỉnh nhọn của nhóm thiết bị

Theo phương pháp này, phụ tải đỉnh nhọn của nhóm thiết bị xuất hiện khi thiết bị có dòng khởi động lớn nhất được khởi động, trong khi các thiết bị khác trong nhóm hoạt động bình thường Phụ tải này được tính toán theo một công thức cụ thể.

Iđn = Ikđ max + Itt – Ksd.Iđm max Trong đó:

Ikđ max - dòng khởi động của thiết bị có dòng khởi động lớn nhất trong nhóm

Itt - dòng tính toán của nhóm máy

Iđm max - dòng định mức của thiết bị đang khởi động

Ksd - hệ số sử dụng của thiết bị đang khởi động.

XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA NHÀ MÁY SẢN XUẤT MÁY KÉO

2.2.1 Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí

2.2.1.1 Phân loại và phân nhóm phụ tải điện trong phân xưởng sửa chữa cơ khí

- Các thiết bị phần lớn đều làm việc ở chế độ dài hạn

- Để phân nhóm phụ tải ta dựa theo nguyên tắc sau:

+ Các thiết bị trong nhóm nên có cùng một chế độ làm việc

+ Các thiết bị trong nhóm nên gần nhau tránh chồng chéo và giảm chiều dài dây dẫn hạ áp

+ Công suất các nhóm cũng nên không quá chênh lệch nhóm nhằm giảm chủng loại tủ động lực

Dựa trên vị trí và công suất của các máy công cụ được bố trí trong phân xưởng, chúng ta phân chia thành 5 nhóm thiết bị phụ tải khác nhau.

Bảng 2-1: Bảng phân nhóm thiết bị điện của phân xưởng sửa chữa cơ khí

TT Tên nhóm và tên thiết bị Ký hiệu trên mặt bằng

16 Máy mài tròn vạn năng 1 1 2.8 2.8

29 Máy mài tròn vạn năng (7) 18 1 2.8 2.8

30 Máy mài phẳng có trục đứng 19 1 10 10

31 Máy mài phẳng có trục nằm (7) 20 1 2.8 2.8

34 Máy mài sắc các dao cắt gọt (8) 27 1 2.8 2.8

40 Máy bào giường một trụ 13 1 10 10

2.2.1.2 Xác định phụ tải tính toán của các nhóm phụ tải

(Các gíá trị ksd; cosφ và kmax tra ở phụ lục …….) a Tính toán cho nhóm 1

Bảng 2-2: Danh sách thiết bị thuộc nhóm 1

TT Tên nhóm và tên thiết bị Ký hiệu trên mặt bằng

Tra phụ lục PL 1.1 TL1 tìm được ksd = 0.2 ; cosφ = 0.6 ta có : n = 14; n1 = 5; m= 10 3.57 3

Số thiết bị dùng điện hiệu quả nhq 1

= 9 Tra hụ lục 1.5 TL1 với ksd = 0.2và nhq = 9 tìm được kmax = 1.9

Phụ tải tính toán nhóm 1: n tt max sd dmi i=1

Stt P tt cos  = 16.72 0, 6 = 27.87 (kVA) Tính toán tương tự cho các nhóm phụ tải còn lại

Ta có bảng tổng kết phụ tải điện phân xưởng sửa chữa cơ khí

Bảng 2.3 – Kết quả phân nhóm phụ tải của phân xưởng sửa chữa cơ khí

Tên nhóm và thiết bị

Ký hiệu trên bản vẽ

Số lượng P đm; kW m K sd Cosφ/ tgφ n hq K max P tt

Máy mài tròn vạn năng 1 1 2.8

Máy mài tròn vạn năng (7) 18 1 2.8

Máy mài phẳng có trục đứng 19 1 10

Máy mài phẳng có trục nằm (7) 20 1 2.8

Máy mài sắc các dao cắt gọt (8) 27 1 2.8

Máy bào giường một trụ 13 1 10

2.2.1.3 Xác định phụ tải chiếu sáng của phân xưởng sửa chữa cơ khí

Phụ tải chiếu sáng của phân xưởng sửa chữa cơ khí xác định theo phương pháp suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích:

Trong đó : po : suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích (W/m 2 )

F : Diện tích được chiếu sáng (m 2 )

Trong phân xưởng SCCK hệ thống chiếu sáng sử dụng đèn sợi đốt Tra PL 1.7 TL1 ta tìm được po = 14 W/m 2

Phụ tải chiếu sáng của phân xưởng:

Qcs = Pcs.tgφcs = 0 (đèn sợi đốt cosφcs = 0 )

2.2.1.4 Xác định phụ tải tính toán toàn phân xưởng

* Phụ tải tác dụng ( động lực ) của toàn phân xưởng :

Trong đó Kdt là hệ số đồng thời của toàn phân xưởng; lấy Kdt = 0;9

* Phụ tải phản kháng của phân xưởng:

* Phụ tải toàn phần của phân xưởng kể cả chiếu sáng:

2.2.2 Xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng khác trong toàn nhà máy

Chúng ta sẽ xác định phụ tải tính toán dựa trên công suất đặt và hệ số nhu cầu, do chỉ có thông tin về công suất đặt và diện tích của các phân xưởng.

2.2.2.1 Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

Một cách gần đúng có thể lấy Pđ = Pđm

Khi đó n tt nc dmi i=1

- Pđi; Pđmi : công suất đặt và công suất định mức của thiết bị thứ i ( kW)

- Ptt; Qtt; Stt : công suất tác dụng; phản kháng và toàn phần tính toán của nhóm thiết bị ( kW; kVAR; kVA )

- n : số thiết bị trong nhóm

- Knc : hệ số nhu cầu của nhóm hộ tiêu thụ đặc trưng tra trong sổ tay tra cứu

2.2.2.2 Xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng

Việc tính toán cho các phân xưởng là hoàn toàn giống nhau Ta tính một phân xưởng mẫu Lấy phân xưởng mộc làm ví dụ:

Tính toán cho khu quản lý

Công suất đặt 200 kW; diện tích 1953.12 m 2 ;

Tra phụ lục 1.3 TL1 ta có: Knc = 0.8; cosφ = 0.9; tgφ = 0.48 Ở đây ta dùng đèn sợi đốt có cosφcs =1 ; tgφcs = 0

Tra phụ lục 1.2 ta có suất chiếu sáng po = 15 W/m2

Công suất tính toán động lực

Công suất tính toán chiếu sáng:

Qcs = Pcs.tgφcs = 29.3 0.48 = 18.16 kVAr

Công suất tính toán của phân xưởng:

Tính toán tương tự cho các phân xưởng còn lại, ta dùng đèn sợi đốt có cosφcs = 1; tgφcs

= 0 Ta có bảng tổng kết sau đây: n tt nc Pdi i=1 tt tt

Bảng 2.4 - Kết quả tính toán phụ tải các phân xưởng

TT Tên Phân xưởng Pđ (kW) Knc

2 px gia công cơ khí 3600 0.6 0.7 3256.04 15 2160 48.8406 2208.8406 2203.641 3120.098

XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA TOÀN NHÀ MÁY

* Phụ tải tính toán tác dụng của toàn nhà máy:

Trong đó : Kdt hệ số đồng thời lấy bằng 0;85

Pttpxi phụ tải tính toán của các phân xưởng dã xác định được ở trên

Phụ tải tính toán phản kháng của toàn nhà máy:

 Q = 0.85 4652.09  = 3950.05(KVAr) Phụ tải tính toán toàn phần của toàn nhà máy:

Hệ số công suất của toàn nhà máy : cosφnm = ttnm ttnm

BIỂU ĐỒ PHỤ TẢI CỦA CÁC PHÂN XƯỞNG VÀ NHÀ MÁY

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

Pi và li đại diện cho công suất và khoảng cách từ phụ tải thứ I đến tâm phụ tải Để xác định tọa độ của tâm phụ tải, có thể áp dụng các công thức sau: n i i i=1 o n i i=1 x S x =.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét tọa độ của tâm phụ tải điện, cụ thể là các tọa độ xo, yo, zo, cùng với tọa độ xi, yi, zi của phụ tải thứ I, được tính theo hệ trục tọa độ XYZ tùy chọn.

Si công suất của phụtải thứ i

Trong thực tế, tọa độ z thường ít được chú ý Tuy nhiên, tâm phụ tải điện là vị trí lý tưởng để lắp đặt các trạm biến áp, trạm phân phối và tủ động lực, nhằm tiết kiệm chi phí cho dây dẫn và giảm tổn thất trên lưới điện.

2.4.2 Biểu đồ phụ tải điện:

Biểu đồ phụ tải điện là hình tròn có tâm trùng với phụ tải điện và diện tích tương ứng với công suất theo tỷ lệ tùy chọn Công cụ này giúp nhà thiết kế hình dung sự phân bố phụ tải trong khu vực cần thiết kế, từ đó xây dựng các phương án 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 cho các phân xưởng, phụ tải được coi là phân bố đều theo diện tích, với tâm phụ tải 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 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 Ri và αcsi của biểu đồ phụ tải các phân xưởng trong bảng sau:

Bảng 2.5- Bán kính R và góc chiếu sáng của biểu đồ phụ tải các phân xưởng

TT Tên phân xưởng P cs kW

2 px gia công cơ khí 48.84 2208.84 3120.10 30.56 74.7 7.88 7.96

Tâm phụ tải tính toán: n i i i=1 o n i i=1 x S x = 66.2829

Biểu đồ phụ tải của toàn nhà máy

Hình 2.1- Biểu đồ phụ tải các phân xưởng

THIẾT KẾ MẠNG CAO ÁP CỦA NHÀ MÁY

ĐẶT VẤN ĐỀ

Việc lựa chọn sơ đồ cung cấp điện có ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật của hệ thống Sơ đồ cung cấp điện hợp lý cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản để đảm bảo hiệu quả hoạt động.

1 Đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật

2 Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

3 Thuận tiện và linh hoạt trong vận hành

4 An toàn cho người và thiết bị

5 Dễ dàng phát triển để đáp ứng nhu cầu tăng trưởng của phụ tải trong tương lai

6 Đảm bảo các chỉ tiêu về mặt kinh tế

Trình tự tính toán thiết kế mạng cao áp cho nhà máy bao gồm các bước:

1 Vạch phương án cung cấp điện

2 Lựa chọn vị trí; số lượng; dung lượng của các trạm biến ápvà lựa chọn tiết diện các đường dây cho các phương án

3 Tính toán kinh tế kỹ thuật để lựa chọn phương án hợp lý

4 Thiết kế chi tiết cho phương án được chọn.

VẠCH CÁC PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

Trước khi xác định phương án cụ thể cho việc cấp điện áp hợp lý cho đường dây tải điện từ hệ thống đến nhà máy, cần áp dụng biểu thức kinh nghiệm để lựa chọn cấp điện áp truyền tải phù hợp.

P - công suất tính toán của nhà máy (kW) l - khoảng cách từ trạm biến áp trung gian về nhà máy (km)

Như vậy cấp điện áp hợp lý để truyền tải điện năng về nhà máy sẽ là:

Trạm biến áp trung gian cung cấp điện áp 35 kV và 22 kV Sau khi phân tích kết quả tính toán, cấp điện áp 35 kV được chọn để cấp điện cho nhà máy Dựa trên vị trí, công suất và nhu cầu cung cấp điện của các phân xưởng, có thể xác định các phương pháp cung cấp điện phù hợp.

3.2.1 Phương án về các trạm biến áp phân xưởng:

Nguồn 35kV từ hệ thông về qua TBATT được hạ xuống điện áp 10kV để cung cấp cho các TBA phân xưởng

Việc giảm vốn đầu tư cho mạng điện cao áp tại nhà máy và các trạm biến áp phân xưởng mang lại nhiều lợi ích, bao gồm việc cải thiện độ tin cậy trong cung cấp điện và tạo điều kiện cho quá trình vận hành trở nên thuận lợi hơn.

• Nhược điểm: phải xây dựng TBATT, gia tăng tổn thất trong mạng cao áp

Do nhà máy thuộc phụ tải loại I nên TBATT cần phải đặt 2 MBA với công suất chọn theo điều kiện:

Vậy MBA trung gian cần chọn có :

Các trạm biến áp (TBA) phân xưởng được lựa chọn dựa trên các nguyên tắc sau:

1 Vị trí đặt TBA, phải thoả mãn các yêu cầu gần tâm phụ tải : thuận tiện cho việc vận chuyển, lắp đặt, vận hành, sửa chữa máy biến áp; an toàn và kinh tế

2 Số lượng máy biến áp (MBA) đặt trong các TBA được lựa chọn vào căn cứ vào yêu cầu cung cấp điện của phụ tải: điều kiện vận chuyển và lắp đặt; chế độ làm việc của phụ tải Trong mọi trường hợp TBA chỉ đặt 1 M BA sẽ là kinh tế và thuận lợi cho việc vận hành, song độ tin cậy cung cấp điện không cao Các TBA cung cấp cho hộ loại I và loại II chỉ nên đặt 2MBA, hộ loại III có thể đặt 1 MBA

3 Dung lượng các MBA được chọn theo điều kiện: n k S hc dmB S tt và kiểm tra theo điều kiện sự cố một MBA (trong trạm có nhiều hơn 1 MBA): ( n−1) k k S hc qt dmB S ttsc

Trong đó: n - số máy biến áp có trong TBA,

K hc - hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường, ta chọn loại máy biến áp chế tạo ở Việt Nam nên không cần hiệu chỉnh nhiệt độ, khc = 1,

Hệ số quá tải sự cố (kqt) được xác định là 1,4, cho phép máy biến áp (MBA) vận hành quá tải tối đa 5 ngày đêm Thời gian quá tải trong mỗi ngày đêm không vượt quá 6 giờ, và trước khi xảy ra quá tải, MBA phải hoạt động với hệ số tải nhỏ hơn 0,93.

Công suất tính toán sự cố (S ttsc) của MBA cho phép loại bỏ một số phụ tải không quan trọng, từ đó giảm nhẹ dung lượng và vốn đầu tư của các MBA Trong trường hợp hộ loại I, với 30% là phụ tải loại III, ta có S ttsc = 0,7.S tt Đồng thời, cần hạn chế chủng loại MBA trong nhà máy để thuận lợi cho việc mua sắm, lắp đặt, vận hành, sửa chữa và thay thế.

Bảng 3.1 Phụ tải của nhà máy sản xuất máy kéo

STT Tên phân xưởng Công suất đặt

1 Khu nhà phòng ban quản lý và xưởng thiết kế 200 III

2 PX gia công cơ khí 3600 I

6 PX sửa chữa cơ khí Theo tính toán III

9 Bộ phận nén khí 1700 III

12 Chiếu sáng phân xưởng Theo diện tích

Có 2 phương án lựa chọn trạm biến áp phân xưởng như sau:

Phương án I: Chọn 8 trạm biến áp phân xưởng như sau:

B1: Khu nhà phòng ban quản lý và xưởng thiết kế + PX gia công cơ khí

B3: PX luyện kim màu + PX sửa chữa cơ khí

B6: PX nhiệt luyện + Kho vật liệu

Phương án II: Chọn 7 trạm biến áp phân xưởng như sau:

B1: Khu nhà phòng ban quản lý và xưởng thiết kế + PX luyện kim màu

B2: PX gia công cơ khí

B3: PX cơ lắp ráp + Trạm bơm

B6: PX sửa chữa cơ khí + PX nhiệt luyện + Kho vật liệu

3.2.2 Xác định MBA cho các trạm biến áp phân xưởng:

Phương án I: Chọn 8 trạm biến áp phân xưởng như sau:

B1: Khu nhà phòng ban quản lý và xưởng thiết kế + PX gia công cơ khí

B3: PX luyện kim màu + PX sửa chữa cơ khí

B6: PX nhiệt luyện + Kho vật liệu

Cấp điện cho phụ tải 0.4kV tại phân xưởng gia công cơ khí và khu nhà quản lý, thiết kế được thực hiện bằng cách bố trí hai máy biến áp (MBA) hoạt động song song.

2 2 tt hc dmB ttpx dmB

Ta chọn MBA có dung lượng 1800 kVA

Kiểm tra lại dung lượng của MBA khi xảy ra sự cố với 1MBA

1.4 1.4 ttsc hc dmB ttsc dmB n− K S S S  S =  = kW

Do khi xảy ra sự cố ta có thể cắt bớt các phụ tải loại III không quan trọng chiếm 30% phụ tải của phân xưởng

Vậy dung lượng của MBA đã chọn là hợp lý

Cấp điện cho phụ tải 0.4kV cho phân xưởng cơ lắp ráp trạm bố trí 2MBA làm việc song song hc dmB ttpx dmB S tt 1725.83 n K S S S = 2.915(kW)

Vậy dung lượng MBA đã chọn là hợp lý

Cấp điện cho phụ tải 0.4kV cho phân xưởng luyện kim màu và phân xưởng sửa chữa cơ khí, trạm bố trí 2MBA làm việc song song

Ta chọn dung lượng của MBA là 1000 kVA

Cấp điện cho phân xưởng luyện kim đen, trạm bố trí 2MBA làm việc song song tt hc dmB ttpx dmB

Cấp điện cho phụ tải 0.4kV cho phân xưởng rèn dập, trạm bố trí 2MBA làm việc song song tt hc dmB ttpx dmB

1.4 1.4 ttsc hc dmB ttsc dmB n K S S S S  kW

−      = Do khi xảy ra sự cố ta có thể cắt bớt các phụ tải loại III không quan trọng chiếm 30% phụ tải của phân xưởng

Cấp điện cho phụ tải 3kV cho phân xưởng cán nhiệt luyện và kho vật liệu, trạm bố trí 2MBA làm việc song song

Cấp điện cho phụ tải 0.4 kV cho bộ phận nén khí, trạm bố trí 1 MBA làm việc hc dmB ttpx dmB n K S S S S tt 12.93(kW)

Cấp điện cho phụ tải 0.4 kV cho trạm bơm, trạm bố trí 2 MBA làm việc hc dmB ttpx dmB

Kiểm tra lại dung lượng của MBA khi xảy ra sự cố với 1 MBA

Vậy dung lượng của MBA đã chọn là hợp lý.

Ta thu được kết quả cho ở bảng sau:

Bảng 3.2- Kết quả chọn MBA cho các trạm biến áp phân xưởng (Phương án I)

Phân xưởng Phụ tải tính toán PX Phụ tải tính toán TBAPX Chọn công suất

Khu nhà phòng ban quản lý và xưởng thiết kế

PX gia công cơ khí 2 2208.84 2203.64

PX sửa chữa cơ khí 6 126.91 119.12

Phương án II: Chọn 7 trạm biến áp phân xưởng như sau:

B1: Khu nhà phòng ban quản lý và xưởng thiết kế + PX luyện kim màu

B2: PX gia công cơ khí

B3: PX cơ lắp ráp + Trạm bơm

B6: PX sửa chữa cơ khí + PX nhiệt luyện + Kho vật liệu

Cung cấp điện cho phụ tải 0.4kV của phân xưởng luyện kim màu và khu vực quản lý, thiết kế với việc bố trí 2 máy biến áp (MBA) hoạt động song song.

Cấp điện cho phụ tải 0.4kV của phân xưởng gia công cơ khí, bố trí 2 MBA làm việc song song tt hc dmB ttpx dmB

1.4 1.4 ttsc hc dmB ttsc dmB n K S S S S  kW

−      = Do khi xảy ra sự cố ta có thể cắt bớt các phụ tải loại III không quan trọng chiếm 30% phụ tải của phân xưởng

Cấp điện cho phụ tải 0.4kV của phân xưởng cơ lắp ráp và trạm bơm, bố trí 2 MBA làm việc song song

Cấp điện cho phụ tải 0.4kV của phân xưởng luyện kim đen, bố trí 2 MBA làm việc song song tt hc dmB ttpx dmB

Cấp điện cho phụ tải 0.4kV của phân xưởng rèn dập, bố trí 2 MBA làm việc song song tt hc dmB ttpx dmB

Cấp điện cho phụ tải 0.4kV của phân xưởng sửa chữa cơ khí, phân xưởng nhiệt luyện và kho vật liệu được thực hiện thông qua việc bố trí 2 MBA hoạt động song song, đảm bảo cung cấp điện ổn định và hiệu quả cho các hoạt động sản xuất.

Cấp điện cho phụ tải 0.4 kV cho bộ phận nén khí, trạm bố trí 1 MBA làm việc: hc dmB ttpx dmB n K S S S S tt 12.93(kW)

Ta thu được kết quả cho ở bảng sau:

Bảng 3.3- Kết quả chọn MBA cho các trạm biến áp phân xưởng (Phương án II)

Phân xưởng Phụ tải tính toán PX Phụ tải tính toán TBAPX Chọn công suất

Khu nhà phòng ban quản lý và xưởng thiết kế

PX gia công cơ khí 2 2208.84 2203.64 2208.84 2203.64 3120.1 B2 1600 2

PX sửa chữa cơ khí 6 126.91 119.12

3.2.3 Xác định vị trí các trạm biến áp phân xưởng:

Trong các trạm nhà máy thường sử dụng các kiểu trạm biến áp phân xưởng:

Các trạm biến áp cung cấp điện cho phân xưởng có thể được thiết kế liền kề, chia sẻ một bức tường với phân xưởng, từ đó tiết kiệm chi phí xây dựng và giảm thiểu tác động đến các công trình xung quanh.

Trạm lồng là giải pháp cung cấp điện cho một phần hoặc toàn bộ phân xưởng với chi phí đầu tư thấp và dễ dàng trong việc vận hành, bảo trì Tuy nhiên, cần lưu ý rằng mức độ an toàn khi xảy ra sự cố tại trạm này không cao.

Các trạm biến áp nên được đặt gần tâm phụ tải để phục vụ nhiều phân xưởng, giúp đưa điện áp cao gần hơn tới hộ tiêu thụ Điều này không chỉ rút ngắn chiều dài mạng phân phối cao áp và hạ áp mà còn giảm chi phí kim loại màu và tổn thất điện năng Tuy nhiên, việc sử dụng trạm độc lập sẽ làm tăng vốn đầu tư xây dựng.

Tùy vào điều kiện cụ thể, có thể lựa chọn loại trạm biến áp phù hợp để đảm bảo an toàn cho người và thiết bị, cũng như mỹ quan công nghiệp Nên đặt trạm gần tâm phụ tải và các trục giao thông trong nhà máy, đồng thời cần xem xét khả năng phát triển và mở rộng sản xuất trong tương lai Việc xác định vị trí đặt các trạm biến áp cho các phân xưởng cần dựa trên tâm phụ tải của các phân xưởng hoặc nhóm phân xưởng được cung cấp điện từ các trạm đó.

Kết quả xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng của mỗi phương án được thể hiện ở bảng sau:

Phương án I: Chọn 8 trạm biến áp phân xưởng:

Bảng 3.4 - Kết quả xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng (phương án I):

Tên Trạm Vị trí đặt

Phương án II: Chọn 7 trạm biến áp phân xưởng:

Bảng 3.5 - Kết quả xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng (phương án II):

Tên Trạm Vị trí đặt

PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN CHO CÁC TRẠM BIẾN ÁP PHÂN XƯỞNG

3.3.1 Các phương án cung cấp điện cho trạm biến áp phân xưởng:

Hình 3.1 Các kiểu sơ đồ cung cấp điện

3.3.1.1 Kiểu sơ đồ có trạm biến áp trung tâm (H-a):

Sơ đồ này cho phép điện từ hệ thống (điện áp 35 kV) được truyền vào trạm biến áp trung tâm, đặt ở vị trí trọng tâm hoặc gần trọng tâm của nhà máy Tại đây, điện áp được biến đổi xuống mức thấp hơn, cụ thể là 10 kV hoặc 6 kV, để tiếp tục cung cấp cho các trạm biến áp phân xưởng.

*) Ưu điểm của sơ đồ:

- Có độ tin cậy cấp điện khá cao

- Chi phí cho các thiết bị không lớn (giảm vốn đầu tư cho mạng điện cao áp trong nhà máy cũng như các trạm biến áp phân xưởng)

*) Nhược điểm của sơ đồ:

- Số lượng của thiết bị sẽ nhiều do lắp đặt trạm biến áp trung tâm

- Đầu tư xây dựng trạm biến áp trung tâm

- Gia tăng tổn thất trong mạng cao áp của Nhà Máy

Loại sơ đồ này thường được áp dụng trong các trường hợp nhà máy có các phân xưởng đặt tương đối gần nhau và ở xa hệ thống

3.3.1.2 Kiểu sơ đồ không có trạm phân phối trung tâm (sơ đồ dẫn sâu H-b):

Điện được cung cấp từ hệ thống đến trạm biến áp phân xưởng, sau đó được hạ cấp xuống 0,4 kV để phục vụ cho các phân xưởng.

*) Ưu điểm của sơ đồ :

- Nâng cao năng lực truyền tải của lưới

- Độ tin cậy cung cấp điện không cao; muốn năng độ tin cậy cung cấp điện thì phải tốn kém nhiều kinh phí

Các thiết bị trong sơ đồ giá thành thường có chi phí cao và đòi hỏi trình độ vận hành cao Loại sơ đồ này thường được áp dụng cho các nhà máy có phân xưởng với công suất lớn và bố trí tương đối tập trung, vì vậy chúng ta sẽ không xem xét phương án này.

3.3.1.3 Kiểu sơ đồ sử dụng trạm phân phối trung tâm (H-c;d):

Điện được cung cấp từ hệ thống đến các trạm biến áp phân xưởng thông qua TPPTT, sau đó được hạ xuống 0,4 kV để sử dụng cho các thiết bị trong phân xưởng.

*) Ưu điểm của sơ đồ :

- Việc quản lý; vận hành mạng điện cao áp của nhà máy được thuận lợi

- Độ tin cậy cung cấp điện được đảm bảo

- Đầu tư cho mạng cao áp khá lớn

Các thiết bị trong sơ đồ giá thành thường có giá trị cao và yêu cầu kỹ năng vận hành chuyên môn Loại sơ đồ này thường được áp dụng tại các nhà máy có phân xưởng công suất lớn, đặc biệt khi điện áp nguồn không cao.

3.3.2 Xác định vị trí đặt trạm biến áp trung gian; trạm phân phối trung tâm của nhà máy:

Dựa vào hệ trục tọa độ XOY đã chọn có thể xác định được tâm phụ tải điện của nhà máy : n i i i=1 o n i i=1 x S x = 66.2829

Vị trí tốt nhất để đặt TBATG hay TPPTT có tọa độ là M(66.28;42.59) theo vị trí nhà xưởng

3.3.3 Lựa chọn phương án nối dây của mạng cao áp:

Nhà máy thuộc hộ loại І nên ta dùng đường dây kép từ KCN đến nhà máy

Do tính chất quan trọng của các phân xưởng, mạng cao áp trong nhà máy nên sử dụng sơ đồ hình tia Đối với phân xưởng loại 1, áp dụng lộ kép, trong khi phân xưởng thuộc hộ loại 3 sử dụng đường dây đơn Sơ đồ này mang lại nhiều ưu điểm như đấu dây rõ ràng, trạm biến áp phân xưởng được cấp điện từ một đường dây riêng, giảm thiểu ảnh hưởng lẫn nhau, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cao, dễ thực hiện bảo vệ và tự động hóa, cùng với khả năng vận hành thuận tiện Tất cả các đường cáp cao áp đều được đặt trong các đường xây riêng trong đất, dọc theo các tuyến giao thông nội bộ.

Từ phân tích trên ta đưa ra 4 phương án thiết kế mạng cao áp của nhà máy được trình bày trên hình vẽ:

Hình 3.2 – Các phương án thiết kế mạng cao áp

TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT CHO CÁC PHƯƠNG ÁN

Để so sánh kinh tế kỹ thuật giữa các phương án ta dùng hàm chi phí vòng đời:

- V: là tổng vốn đầu tư bao gồm các vốn đầu tư về:

+ Đường dây ( chủ yếu xét phía cao áp của nhà máy + Trạm biến áp

- Cvh: là chi phí vận hành hàng năm được tính theo biểu thức:

Cvh= Cbd+Ckh+CE+Cmđ+Cnc+Cphụ

+ Cbd: chi phí về tu sửa bảo dưỡng

Cbq = kbq.V với kbq– hệ số bảo quản + Ckh: chi phí về khấu hao

Ckh= kkh.V với kkh là hệ số khấu hao + CE: chi phí tổn thất về điện

Công thức tính toán tổn thất điện năng được biểu diễn như sau: CE = CP + CA = αP.ΔP + αA.ΔA, trong đó ΔP và ΔA lần lượt là tổn thất công suất tác dụng và tổn thất điện năng, còn αP và αA là giá trị của 1 kW.đồng và 1 kWh.đồng Ngoài ra, Cmđ cũng được tính vào tổn thất kinh tế do mất điện.

+ Cnc: chi phí về lương cán bộ và nhân công vận hành + Cphụ: chi phí phụ khác như làm mát; sưởi ấm…

Trong thiết kế, có thể giả định rằng các yếu tố như Cbd, Ckh, Cnc, Cphụ và Cmđ là tương đương trong các phương án, do đó có thể không cần xem xét chúng Chỉ cần xem xét Cp trong trường hợp phụ tải rất lớn, nhưng trong tình huống này, chúng ta cũng có thể bỏ qua yếu tố này.

(1+i) -1 i(1+i) Trong đó: - CA0 : chi phí về tổn thất điện năng năm 0

- T: thời gian vận hành của công trình (T0 năm)

- j: năm vận hành của công trình

Phương án 1 áp dụng trạm biến áp trung gian (TBATG) để tiếp nhận điện 35 kV từ hệ thống, sau đó hạ xuống 10 kV và cung cấp cho các trạm biến áp phân xưởng Tại các trạm biến áp phân xưởng, điện áp tiếp tục được hạ từ 10 kV xuống 0,4 kV nhằm cung cấp điện cho các phụ tải trong phân xưởng.

Hình 3.3- Sơ đồ phương án 1

1.Chọn máy biến áp phân xưởng và xác định tổn thất điện năng trong các trạm biến áp

Trên cơ sở chọn được công suất MBA ở phần 3.2.1 ta có bảng kết quả chọn MBA cho các trạm biến áp phân xưởng:

Bảng 3.6 – Các thông số và vốn đầu tư máy biến áp trong phương án 1

Tổng vốn đầu tư TBA, Kb 3449.2

Các MBA được đặt hàng sản xuất tại Việt Nam nên không cần phải hiệu chỉnh nhiệt độ

* Xác định tổn thất điện năng trong các TBA:

Nhóm 7 – Hệ thống cung cấp điện - 44 - ΔA = n.ΔPo.t +

Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét các yếu tố quan trọng liên quan đến số lượng MBA (máy biến áp) làm việc song song, ký hiệu là n Thời gian vận hành của MBA được xác định là t, với giá trị t = 8760 giờ cho MBA hoạt động liên tục trong suốt năm Bên cạnh đó, τ đại diện cho thời gian tổn thất công suất lớn nhất, điều này có ý nghĩa đặc biệt trong bối cảnh của nhà máy chế tạo máy kéo.

Tmax = 4000h τ = (0;124 + 10 – 4 Tmax) 2 8760 = 2405.29 h ΔPo, ΔPN - tổn thất công suất không tải và tổn thất công suất ngắn mạch trong MBA

Stt - công suất tính toán của trạm biến áp

SdmB - công suất định mức của MBA

Tính tổn thất điện năng cho trạm biến áp trung gian

SdmB = 6300 kVA 6300 ΔPo = 6.63 kW 6.63 ΔPN = 40 kW

Tính toán tương tự cho các TBA khác; kết quả tính toán cho trong bảng sau

Bảng 3.7 - Kết quả tính toán tổn thất điện năng trong các TBA phương án 1

P0 (kW) Pn (kW) Ab(kWh)

Tổng tổn thất điện năng 808042.3254

2.Chọn dây dẫn và xác định tổn thất công suất; tổn thất điện năng trong mạng điện:

* Chọn cáp từ TBATG về các TBA phân xưởng

Loại cáp cao áp sử dụng ở đây là cáp 3 lõi cách điện XLPE, đai thép, PVC do hãng FURUKAWA sản xuất

Dòng điện làm việc cực đại qua một sợi cáp:

Nhóm 7 – Hệ thống cung cấp điện - 45 - max

Tiết diện kinh tế của cáp: max 95.9068

Dựa vào trị số Fkt tính được; tra bảng lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp gần nhất

FP mm2; Icp 0 A Kiểm tra tiết diện đã chọn theo điều kiện phát nóng:

Khi xảy ra sự cố đứt một dây trong cáp, dòng điện ngắn mạch (Isc) sẽ được tính bằng công thức Isc = 2 Imax khc, trong đó khc là hệ số hiệu chỉnh Hệ số này được xác định bằng khc = k1.k2, với k1 là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ (k1 = 1) và k2 là hệ số hiệu chỉnh liên quan đến số dây cáp đặt trong cùng một rãnh Theo quy định PL VI.11 TL1, k2 được xác định là 1, do đó có thể bỏ qua hệ số hiệu chỉnh.

Do chiều dài từ TBATG đến các TBA ngắn, tổn thất điện áp là rất nhỏ và có thể được bỏ qua, vì vậy không cần kiểm tra lại theo điều kiện tổn thất điện áp ΔUcp.

* Chọn cáp từ TBATG tới TBA B1

Dòng điện cực đại qua cáp max 3322.31

= U = Tiết diện kinh tế của cáp max 95.9 2

= J = Tra bảng phụ lục chọn cáp tiêu chuẩn gần nhất là 50mm 2 ,cáp đồng 3 lõi, cách điện XLPE do FURUKAWA sản suất với I cp 0A

✓ Kiểm tra theo điều kiện phát nóng

Do cáp đã chọn không thỏa mãn điều kiện phát nóng nên ta tăng kích thước của cáp lên 70mm 2 có I cp %0 A

Vậy chọn cáp XLPE có tiết diện 70mm 2

Dòng điện cực đại qua cáp max

= U = Tiết diện kinh tế của cáp

Nhóm 7 – Hệ thống cung cấp điện - 46 - max 49.82 2

0.93* I cp =0.93*140 130.2= I sc =2 * I max =2 * 49.82=99.64 A Vậy chọn cáp XLPE có tiết diện 25mm 2

0.93* I cp =0.93*140 130.2= I sc =2 * I max =2 * 50.76 101.52= A Vậy chọn cáp XLPE có tiết diện 25mm 2

= U = Nhóm 7 – Hệ thống cung cấp điện - 47 -

Tiết diện kinh tế của cáp max 53.195 2

0.93* I cp =0.93* 200 186= I sc =2 * I max =2 *82.38 164.76= A Vậy chọn cáp XLPE có tiết diện 50mm 2

Vậy chọn cáp XLPE có tiết diện 25mm 2

= U = Tiết diện kinh tế của cáp

Nhóm 7 – Hệ thống cung cấp điện - 48 - max 20.085 2

0.93* I cp =0.93*140 130.2= I sc =2 * I max =2 * 20.085=40.17 A Vậy chọn cáp XLPE có tiết diện 25mm 2

* Chọn cáp từ B1 đến khu nhà phòng ban quản lý và xưởng thiết kế (dùng lộ đơn)

= U = Điều kiện chọn cáp I cp  I max Chọn loại cáp đồng hạ áp 4 lõi cách điện PVC do hãng LENS sản xuất, tiết diện 120mm 2 , loại 4G120 có I cp 43A

* Chọn cáp từ B3 đến phân xưởng sửa chữa cơ khí (dùng lộ đơn)

= U = Điều kiện chọn cáp I cp  I max Chọn loại cáp đồng hạ áp 4 lõi cách điện PVC do hãng LENS sản xuất, tiết diện 95mm 2 , loại 4G95 có I cp '0A

* Chọn cáp từ B6 đến kho vật liệu (dùng lộ đơn)

= U =   Điều kiện chọn cáp I cp  I max Chọn loại cáp đồng hạ áp 4 lõi cách điện PVC do hãng LENS sản xuất, tiết diện 25mm 2 , loại 4G25 có I cp 4A

Ta có kết quả tính toán chọn tiết diện cáp cao áp như sau:

Bảng 3.8- Kết quả chọn cáp cao áp của phương án 1

Phương án 1 Đường cáp Stt

TBATT-B1 3322.31 95.91 30.94 2(3*70) 250 310 208 128960 TBATT-B2 1725.83 49.82 16.07 2(3*25) 140 279 125 69750 TBATT-B3 1758.33 50.76 16.37 2(3*25) 140 162 125 40500 TBATT-B4 2194.71 63.36 20.44 2(3*25) 140 189 125 47250 TBATT-B5 1842.74 53.20 17.16 2(3*25) 140 283.5 125 70875 TBATT-B6 2853.71 82.38 26.57 2(3*50) 200 454.5 174 158166 TBATT-B7 1512.93 87.35 28.18 1(3*25) 140 378 125 47250 TBATT-B8 695.77 20.09 6.48 2(3*25) 140 378 125 94500

Tổng vốn đầu tư đường dây :Kd 720979.25

3 Xác định tổn thất công suất tác dụng trên đường dây:

Công thức xác định tổn thất công suất tác dụng trên đường dây: ΔP 2 ttpx -3

1 l ( ) n r  n - số đường dây đi song song

- Tổn thất ΔP trên đoạn cáp từ TBATG – B1 :

 =     Tính toán tương tự cho các đường dây khác ta có kết quả:

Bảng 3.9 - Tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây của phương án 1

TBATT-B1 2(3*70) 310 0.268 0.04154 3322.31 4.585079 TBATT-B2 2(3*25) 279 0.727 0.101417 1725.83 3.020679 TBATT-B3 2(3*25) 162 0.727 0.058887 1758.33 1.820624 TBATT-B4 2(3*25) 189 0.727 0.068702 2194.71 3.309181 TBATT-B5 2(3*25) 283.5 0.727 0.103052 1842.74 3.499336 TBATT-B6 2(3*50) 454.5 0.387 0.087946 2853.71 7.162004 TBATT-B7 1(3*50) 378 0.387 0.146286 1512.93 3.348424 TBATT-B8 2(3*25) 378 0.727 0.137403 695.77 0.665162

Tổng tổn thất công suất 47.08534

* Xác định tổn thất điện năng trên đường dây:

Tổn thất điện năng trên đường dây được tính theo công thức

 = +  −  = +  −  (h) là thời gian tổn thất công suất lớn nhất

4 Vốn đầu tư mua máy cắt điện trong mạng điện cao áp của phương án 1:

Trong đó n: số máy cắt trong mạng cần xét đến

M: giá máy cắt, M 10 kv 0 10 6 đ, M 35 kv 0 10 6 đ

Hình 3.4 Sơ đồ trạm biến áp trung tâm phương án 1

Tổng có 18 máy cắt 10kV và 2 máy cắt 35kV ở các vị trí sau:

• 15 máy cắt cấp điện đặt tại đầu 7 lộ đường dây kép và 1 lộ đường dây đơn cho các TBA phân xưởng

• 1 máy cắt phân đoạn thanh góp 10kV ở TBATT

• 2 máy cắt 10kV phía hạ áp 2 MBA trung tâm

• 2 máy cắt 35kV ở phía cao áp MBA trung tâm

Vốn đầu tư mua máy cắt là:

5 Chi phí vòng đời của phương án 1:

Khi tính toán vốn đầu tư cho việc xây dựng mạng điện, chỉ xem xét giá thành của cáp, MBA và máy cắt điện theo từng phương án Công thức tính toán được sử dụng là V = VB + VD + VMC, trong đó những phần giống nhau sẽ được loại bỏ nhằm giảm thiểu khối lượng công việc tính toán.

Tổn thất điện năng trong các phương án bao gồm tổn thất tại trạm biến áp và tổn thất trên các đường dây, được thể hiện qua công thức ΔA = ΔAB + ΔAD.

* Chi phí vòng đời của phương án 1:

• Tổng tổn thất điện năng trong các trạm biến áp và đường dây:

• Chi phí tính toán cho phương án 1:

- a vh : Hệ số vận hành (a vh =0.1)

- a tc : Hệ số tiêu chuẩn (a tc =0.2)

- K: Vốn đầu tư cho trạm biến áp và đường dây

- C: Giá tiến điện năng (đ/kWh)

- A 1 : Tổn thất điện năng hàng năm

Phương án 2 áp dụng trạm biến áp trung gian (TBATG) để nhận điện 35 kV từ hệ thống, sau đó hạ xuống 10 kV và cung cấp cho các trạm biến áp phân xưởng Các trạm biến áp phân xưởng tiếp tục hạ điện áp từ 10 kV xuống 0,4 kV, nhằm cung cấp điện cho các phụ tải trong phân xưởng.

Hình 3.5 - Sơ đồ phương án 2

1 Chọn MBA phân xưởng và xác định tổn thất điện năng ΔA trong các TBA

Tính toán tương tự như ở phương án 1 ta có các kết quả sau:

Tổng vốn đầu tư TBA, Kb 3290

Xác định tổn thất điện năng trong các trạm biến áp:

Tính tổn thất TBA trung gian

2 Chọn đây dẫn và xác định tổn thất công suất; tổn thất điện năng trong mạng điện:

TBATT-B1 1788.68 51.63 16.656 2(3*25) 140 310 125 77500 TBATT-B2 3120.1 90.07 29.054 2(3*50) 200 279 174 97092 TBATT-B3 2418.75 69.82 22.523 2(3*35) 170 162 145 46980 TBATT-B4 2194.71 63.36 20.437 2(3*25) 140 189 125 47250 TBATT-B5 1842.74 53.20 17.16 2(3*25) 140 283.5 125 70875 TBATT-B6 3019.64 87.17 28.12 2(3*50) 200 454.5 174 158166 TBATT-B7 1512.93 87.35 28.177 2(3*25) 140 378 125 47250

Tổng tổn thất điện năng trên các đường dây trong phương án II:

3 Vốn đầu tư mua máy cắt điện trong mạng cao áp của phương án II :

• 1 máy cắt phân đoạn thanh góp 10kV ở TBATT

• 2 máy cắt 10kV phía hạ áp 2 MBA trung tâm

• 2 máy cắt 35kV ở phía cao áp MBA trung tâm

4 Chi phí vòng đời của phương án II :

• Tổng tổn thất điện năng trong mạng cao áp:

Phương án sử dụng trạm PPTT để nhận điện từ hệ thống và cấp cho trạm biến áp phân xưởng Các trạm biến áp B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7, B8 hạ điện áp từ 35 kV xuống để cung cấp cho các phân xưởng Các đường dây cáp được thiết kế độc lập với nhau.

Bảng 3.14– Các thông số và vốn đầu tư máy biến áp trong phương án 3

Nhóm 7 – Hệ thống cung cấp điện - 57 - cBảng 3.15 - Kết quả tính toán tổn thất điện năng trong các TBA phương án 3

PPTT-B1 3322.31 95.9068 30.937 2(3*70) 255 310 337 208940 PPTT-B2 1725.83 49.82 16.071 2(3*50) 205 279 282 157356 PPTT-B3 1758.33 50.7586 16.373 2(3*50) 205 162 282 91368 PPTT-B4 2194.71 63.3558 20.437 2(3*50) 205 189 282 106596 PPTT-B5 1842.74 53.195 17.159 2(3*50) 205 283.5 282 159894 PPTT-B6 2853.71 82.3795 26.574 2(3*50) 205 454.5 282 256338 PPTT-B7 1512.93 87.349 28.177 1(3*50) 205 378 282 106596 PPTT-B8 695.77 20.085 6.479 2(3*50) 205 378 282 213192

Tổng tổn thất điện năng trên các đường dây trong phương án III:

3 Vốn đầu tư mua máy cắt điện trong mạng cao áp của phương án II :

• 1 máy cắt phân đoạn thanh góp 35kV ở TPPTT

• 2 máy cắt 35kV đặt vào 2 TPPTT của 2 lộ đường dây trên không

4 Chi phí vòng đời của phương án III :

Phương án này triển khai trạm PPTT để nhận điện từ hệ thống, cung cấp điện cho các trạm biến áp phân xưởng Các trạm biến áp B1, B2, B3, B4, B5, B6, và B7 hạ điện áp từ 35 kV xuống mức phù hợp cho các phân xưởng Đường dây cáp được thiết kế độc lập, đảm bảo tính linh hoạt và an toàn trong việc cung cấp điện.

PPTT-B1 1788.68 51.634 16.656 2(3*50) 205 310 125 174840 PPTT-B2 3120.1 90.069 29.054 2(3*50) 205 279 174 157356 PPTT-B3 2418.75 69.823 22.523 2(3*50) 205 162 145 91368 PPTT-B4 2194.71 63.355 20.437 2(3*50) 205 189 125 106596 PPTT-B5 1842.74 53.195 17.16 2(3*50) 205 283.5 125 159894 PPTT-B6 3019.64 87.17 28.12 2(3*50) 205 454.5 174 256338 PPTT-B7 1512.93 87.35 28.177 2(3*50) 205 378 125 106596

Tổng tổn thất điện năng trên các đường dây trong phương án IV:

3 Vốn đầu tư mua máy cắt điện trong mạng cao áp của phương án IV:

Tổng có 16 máy cắt 35kV ở các vị trí sau:

• 1 máy cắt phân đoạn thanh góp 35kV ở TPPTT

• 2 máy cắt 35kV đặt vào 2 TPPTT của 2 lộ đường dây trên không

4 Chi phí vòng đời của phương án IV :

Từ đó ta có bảng tổng kết kết quả tính toán

BẢNG SO SÁNH CHI TIÊU KINH TẾ CHO CÁC PHƯƠNG ÁN

Bảng 3.22 - Tổng hợp chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của các phương án

Phương án Vốn đầu tư

Tổn thất điện năng (kWh)

Chi phí tính toán (10^6đ) Phương án 1 6651.179 937963.3097 2698.826182

Phương án IV được xác định là phương án tối ưu nhờ vào vốn đầu tư và chi phí vòng đời thấp nhất, đồng thời tổn thất điện năng cũng rất nhỏ Do đó, chúng tôi quyết định sử dụng phương án IV để thiết kế mạng cao áp cho nhà máy.

Hệ thống cung cấp điện - 2 -

3.6 THIẾT KẾ CHI TIẾT MẠNG CAO ÁP CỦA NHÀ MÁY

3.6.1 Chọn dây dẫn từ trạm biến áp trung tâm của khu công nghiệp về trạm phân phối trung tâm Đường dây cung cấp từ TBATG về TPPTT dài 12 km sử dụng đường dây trên không, lộ kép, dây nhôm lõi thép Tiết diện dây được lựa chọn theo mật độ dòng điện kinh tế

Với nhà máy chế tạo máy kéo có T max @00h, tra bảng ta có J kt =1.1

Dòng điện tính toán chạy trên 1 lộ: max

Tiết diện kinh tế của đường dây trên không: max 93.4726

Tra bảng, ta chọn dây có tiết diện gần nhất là dây AC-95 có I cp = 310 A Kiểm tra dây đã chọn theo điều kiện phát nóng:

I cp 10AI sc = 2 93.4726 186.9452Do đường dây truyền tải công suất lớn trên khoảng cách xa do vậy cần kiểm tra dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp:

Với dây AC-95 có khoảng cách trung bình hình học D=2m tra bảng ta có :

Nhận thấy   U U cp =5% 35 1.75 = kV 50V Vậy dây dẫn đã chọn hợp lý

3.6.2 Chọn cáp cao áp và hạ áp của nhà máy

3.6.2.1 Lựa chọn sơ đồ TPPTT

TPPTT đóng vai trò quan trọng trong việc nhận điện trực tiếp từ hệ thống để cung cấp cho nhà máy, vì vậy việc lựa chọn sơ đồ nối dây cho trạm ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn cung cấp điện Sơ đồ này cần đáp ứng các điều kiện cơ bản nhằm đảm bảo hiệu quả và an toàn trong quá trình cung cấp điện cho nhà máy.

• Đảm bảo cung cấp điện liên tục theo yêu cầu của phụ tải

• Rõ ràng và thuận tiện trong vận hành, xử lý sự cố, an toàn lúc vận hành, sửa chữa

• Hợp lý về mặt kinh tế trên cơ sở đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật

Do nhà máy chế tạo máy kéo là hộ tiêu thụ loại I nên ta chọn sơ đồ hệ thống thanh góp có phân đoạn cho TPPTT:

• Máy cắt liên lạc giữa hai phân đoạn là máy cắt hợp bộ

• Để bảo vệ chống sét truyền từ đường dây vào trạm, trên mỗi phân đoạn thanh góp ta bố trí một chống sét van

• Mỗi phân đoạn thanh góp được trang bị một MBA đo lường 3 pha 5 trụ có cuộn tam giác hở báo chạm đất 1 pha trên cáp 35 kV

Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý TPPTT

Trong TPPTT, có 16 máy cắt 35 kV đảm nhận nhiệm vụ đóng cắt dòng ngắn mạch nhằm bảo vệ các thành phần của hệ thống khi xảy ra sự cố Ngoài ra, chúng còn thực hiện việc đóng cắt dòng điện để hỗ trợ công tác vận hành và sửa chữa Việc lựa chọn và kiểm tra máy cắt cần tuân thủ các điều kiện nghiêm ngặt để đảm bảo hiệu quả hoạt động.

• Điện áp định mức: U dmMC U dmL 5kV

• Dòng điện định mức:I dmMC I cb = 2 I nNM = 2 93.4726 186.9452= A

• Dòng cắt định mức: I cat I catN max

• Cống suất cắt định mức: S cat S N

• Kiểm tra điều kiện ổn định động: i odd i xk

Với các máy cắt có dòng định mức I dm 1000A thì không cần kiểm tra ổn định nhiệt

Tại TPPTT, chúng tôi đã lựa chọn sơ bộ máy cắt hợp bộ của hãng SIEMENS, với cách điện bằng khí SF6, không cần bảo trì Mẫu máy cắt được chọn là loại 8DC11 với các thông số kỹ thuật phù hợp.

Bảng 3.23 Thông số tủ hợp bộ 8DC11

Loại MC U dm (kV) I dm (A) i odd (kA) I catN (kA)

Hình 3.12 Sơ đồ ghép nối trạm trung tâm

3.6.2.2 Tính toán ngắn mạch để lựa chọn và kiểm tra thiết bị

Mục đích của tính toán ngắn mạch là kiểm tra điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt của thiết bị cùng dây dẫn trong hệ thống khi xảy ra ngắn mạch Dòng điện ngắn mạch tính toán sử dụng dòng ngắn mạch 3 pha Đối với tính toán ngắn mạch phía cao áp, do không biết cấu trúc cụ thể của hệ thống điện quốc gia, cần tính gần đúng điện kháng hệ thống qua công suất ngắn mạch về phía hạ áp và coi hệ thống có công suất rất lớn Để lựa chọn và kiểm tra dây dẫn cùng các khí cụ điện, cần tính toán 8 điểm ngắn mạch.

• N: điểm ngắn mạch trên thanh cái TPPTT để kiểm tra máy cắt và thanh góp

• N , ,N 1 7 : điểm ngắn mạch phía cao áp của các TBA phân xưởng để kiểm tra áp tô mát tổng của trạm

Hình 3.13 Vị trí các điểm ngắn mạch

Nhóm 7 – Hệ thống cung cấp điện - 68 - Điện kháng hệ thống:

U tb : Điện áp trung bình đường dây, U tb =1.05 U dm =1.05 35 36.75 = kV

S N : Cống suất ngắn mạch về phía hạ áp của TBATG, S N %0 MVA Điện trở và điện kháng trên 1 km đường dây, /km

, 0 r x o : Điện trở, điện kháng trên 1 km đường dây, /km

Dòng ngắn mạch xung kích i xk =k xk  2I N =1.8 2I N

Bảng 3.24 Thông số đường dây trên không và cáp cao áp Đường dây F

Hình 3.14 Sơ đồ tính toán ngắn mạch phía cao áp Điện kháng hệ thống:

= S = =  Thông số điện trở và điện kháng tính đến điểm N:

Dòng điện ngắn mạch tại N là:

Dòng ngắn mạch xung kích

Tính toán tương tự với các điểm N1-N7 ta có bảng

Bảng 3.25 Tính toán ngắn mạch Điểm ngắn mạch I N (kA) i xk (kA)

Kiểm tra máy cắt đã chọn

Sau khi xác định dòng ngắn mạch, cần kiểm tra lại các giá trị dòng cắt và dòng ổn định động để lựa chọn máy cắt phù hợp.

Bảng 3.26 Kiểm tra máy cắt

Thông số kiểm tra Trị số lựa chọn Trị số tính toán cat N

Nhìn vào bảng 3.26 ta thấy trị số cảu máy cắt lựa chọn lớn hơn rất nhiều trị số tính toán được Do vậy máy cắt đã chọn phù hợp

3.6.2.3 Lựa chọn sơ đồ TBA phân xưởng

Do các trạm biến áp (TBA) phân xưởng gần với trạm phát điện, phía cao áp chỉ cần lắp đặt dao cách ly và cầu chì Ở phía hạ áp, cần có aptomat tổng và aptomat nhánh, trong khi thanh cái hạ áp được phân đoạn bằng aptomat phân đoạn Để giảm thiểu dòng ngắn mạch tại phía hạ áp và đơn giản hóa công tác bảo vệ, chúng ta lựa chọn phương thức cho aptomat phân đoạn thanh cái hạ áp ở trạng thái mở.

Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý TBA phân xưởng

Hình 3.16 Sơ đồ đấu nối các trạm đặt 2 MBA

1 Lựa chọn tủ đầu vào Đặt hai tủ đầu vào 35 kV có dao cách ly 3 vị trí, cách điện SF 6 , không phải bảo trì, loại 8DH10 do hãng Siemens chế tạo

Bảng 3.27 Thông số kỹ thuật của tủ đầu vào 8DH10

Loại tủ U dm (kV) I dm (A) U chiudung

2 Lựa chọn dao cách ly

Dao cách ly có vai trò quan trọng trong việc phân tách phần mang điện và không mang điện, đảm bảo khoảng cách an toàn cho công tác sửa chữa và bảo trì thiết bị Trong một số tình huống, dao cách ly cũng có thể thực hiện việc đóng cắt dòng tải nhỏ Để tối ưu hóa quy trình mua sắm, lắp đặt và thay thế, nên sử dụng một loại dao cách ly chung cho tất cả các trạm biến áp Việc lựa chọn dao cách ly cần dựa trên các tiêu chí cụ thể để đảm bảo hiệu quả và an toàn.

• Điện áo đinh mức : U dmDCL U dmL

• Dòng điện định mức : I dmDCL I cb

• Dòng điện ổn định động cho phép : i odd i xk

• Dòng điện ổn định nhiệt: odnh c odnh

Dòng điện làm việc lớn nhất chạy qua dao cách ly được xét khi MBA có cống suất lớn nhất bị quá tải 40%

Vậy ta chọn dao cách ly 3DC do SIEMENS chế tạo:

Bảng 3.28 Thông số dao cách ly

Loại DCL U dm (kV) I dm (A) I Nt (kA) i odd (kA)

Kiểm tra DCL theo các điều kiện đã nêu, do DCL có cùng chủng loại cho các TBA, nên giá trị tính toán sẽ được lấy theo giá trị lớn nhất trong các điểm N1 đến N7.

Bảng 3.29 Kiểm tra dao cách ly

Thông số kiểm tra Trị số lựa chọn Trị số tính toán cat N

Kết luận: DCL chọn phù hợp

3 Lựa chọn cầu chì cao áp (CC)

Cầu chì là thiết bị bảo vệ quan trọng, có chức năng ngắt mạch điện khi dòng điện vượt quá mức cho phép, nhằm bảo vệ hệ thống khỏi tình trạng quá tải và ngắn mạch Trong lưới điện cao áp (>1000V), cầu chì thường được lắp đặt tại nhiều vị trí chiến lược để đảm bảo an toàn và ổn định cho hệ thống điện.

• Bảo vệ máy biến áp đo lường ở các cấp điện áp

• Kết hợp với cầu dao phụ tải thành bộ máy cắt phụ tải để bảo vệ các đường dây trung áp

• Đắt phía cao áp của các trạm biến áp phân phối để bảo vệ ngắn mạch cho các máy biến áp

Cầu chì được sản xuất với nhiều kiểu dáng và cấp điện áp khác nhau, trong đó loại cầu chì ống thường được sử dụng cho cấp điện áp trung và cao Các sản phẩm này được kiểm tra kỹ lưỡng theo các tiêu chuẩn quy định để đảm bảo chất lượng và hiệu suất hoạt động.

• Điện áp định mức :U dmCC U dmL

• Dòng điện định mức: I dmCC I cb

• Dòng cắt định mức: I catdm  I ''

• Công suất cắt định mức : S catdm  S ''

Dòng cưỡng bức đi qua MBA B1,B5 là:

Chọn loại cầu chì 3GD1 605-5B cho các MBA công suất 1000 kVA

Dòng cưỡng bức đi qua MBA B3, B4 là:

Dòng cưỡng bức đi qua MBA B2,B6,B7 là:

Bảng 3.30 Thông số cầu chì

TT TBA Loại CC U dm (kV) I dm (A) i odd (kA) I cat min (A)

Công suất cắt định mức : S catdm = 3 36 31.5 1964  = MVA

Kiểm tra cầu chì theo các điều kiện:

Bảng 3.31 Bảng kiểm tra cầu chì

Thông số kiểm tra Trị số lựa chọn Trị số tính toán

Vậy các cầu chì đã chọn phù hợp

4 Lựa chọn aptomat hạ áp

Aptomat là thiết bị đóng cắt hạ áp, có chức năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch, nổi bật với khả năng làm việc chắc chắn, tin cậy và an toàn Với ưu điểm vượt trội so với cầu chì, Aptomat có khả năng đóng cắt đồng thời ba pha và tự động hoá cao Mặc dù giá thành cao, Aptomat ngày càng được sử dụng phổ biến trong lưới điện hạ áp công nghiệp và lưới điện chiếu sáng sinh hoạt Việc chọn Aptomat cần dựa trên các điều kiện cụ thể.

Dòng điện cưỡng bức đi qua MBA B1,B5:

Dòng điện cưỡng bức đi qua MBA B3,B4:

Dòng điện cưỡng bức đi qua MBA B2,B6,B7:

Vậy ta chọn được aptomat của hãng Merlin Gerlin như sau:

Bảng 3.32 Thông số aptomat tổng

TBA Loại U dm , V I dm ,A I Ndm ,kA

5 Kiểm tra cáp đã chọn Để đơn giản ở đây ta chỉ cần kiểm tra với tuyến cáp có dòng ngắn mạch lớn nhất

I N = kA Cáp được kiểm tra theo điều kiện ổn định nhiệt:

: hệ số nhiệt độ, với cáp lõi đồng =6

Thời gian qui đổi (t qd) được xác định là tổng thời gian tác động của hệ thống bảo vệ chính và máy cắt điện gần điểm sự cố Giả thiết rằng t qd = t c, với t c là thời gian tác động toàn phần của máy cắt điện, có giá trị 0.5 giây.

Trong khi đó cáp chọn có tiết diện FP mm 2 Vậy cáp đã chọn thỏa mãn

3.7 SƠ ĐỒ NỐI DÂY CHI TIẾT MẠNG CAO ÁP CỦA NHÀ MÁY

Hình 3.17 Sơ đồ nối dây chi tiết mạng cao áp của nhà máy

3.8 THUYẾT MINH VÀ VẬN HÀNH SƠ ĐỒ

4.8.1 Khi vận hành bình thường

Các áptômát liên lạc và máy cắt phân đoạn thanh cái 35 kV luôn ở trạng thái mở

* Ở trạm phân phối trung tâm

Khi một đường dây trên không gặp sự cố, thanh góp kết nối với đường dây đó sẽ bị mất điện Lúc này, máy cắt trên đường dây đó sẽ mở, trong khi máy cắt phân đoạn thanh góp sẽ được đóng lại.

THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP CỦA PHÂN XƯỞNG SỬA CHỮA CƠ KHÍ

Tiêu đề	Thiết Kế Cung Cấp Điện Cho Xí Nghiệp Chế Tạo Máy Kéo
Tác giả	Nguyễn Quang Huy, Nguyễn Huy Hoàng, Nguyễn Thanh Tùng, Nguyễn Đức Lộc, Phạm Quốc Anh, Đỗ Bá Trung Nghĩa, Nguyễn Đăng Cương, Trịnh Bảo Ngọc
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Hồng Nhung
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Thể loại	bài tập lớn
Năm xuất bản	2021
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	87
Dung lượng	3,16 MB