Đồ án Hệ thống cấp điện

Lời nói đầu Trong công cuộc công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước ở nước ta hiện nay, nhu cầu về điện năng là rất lớn. Trong đó các xí nghiệp công nghiệp là khách hàng tiêu thụ điện nhiều nhất. Theo thống kê 70% điện năng sản xuất ra cung cấp cho xí nghiệp công nghiệp, điện năng thực sự là yếu tố quan trọng vào tổng doanh thu của xí nghiệp. Vì vậy, đảm bảo cấp điện liên tục cho các xí nghiệp công nghiệp tức là bảo đảm cho nghành kinh tế quan trọng hoạt động liên tục. Vì là khách hàng tiêu thụ điện lớn nhất nên việc thiết kế hệ thống cấp điện hợp lý đồng thời kết hợp với việc sử dụng điện hiệu quả sẽ có tác dụng trực tiếp đến khai thác khả năng của nhà máy, tiết kiệm điện, nâng cao doanh thu chung của xí nghiệp. Đặc điểm của các xí nghiệp công nghiệp nói chung là: Thiết bị dùng điện tập chung với mật độ cao. Làm việc liên tục trong năm, ít có tính chất mùa vụ. Quá trình công nghệ của từng nhà máy khác nhau nên có những đặc điểm riêng .. .. Trong số các xí nghiệp công nghiệp then chốt của nền kinh tế quốc dân hiện nay thì nhà máy cơ khí là một nghành sản suất quan trọng. Sản phẩm của nhà máy có mặt ở hầu hết các lĩnh vực của đời sống như máy móc phục vụ sản suất trong nông nghiệp, công nghiệp, xe cộ ... Đặc điểm riêng của nhà máy loại này là có số lượng phân xưởng nhiều và cần mặt bằng sản xuất rộng, dây chuyền công nghệ lớn. Nhà máy sản xuất máy kéo cũng là một trong những nhà máy cơ khí quan trọng, sản xuất ra các đầu máy kéo phục vụ nông nghiệp, vận tải và nhiều nghành kinh tế khác. Để có một phương án cấp điện hợp lý cho nhà máy cơ khí nói chung cũng như nhà máy sản xuất máy kéo nói riêng trước hết ta phân tích quy mô tổng thể toàn nhà máy, rồi đến từng phân xưởng kèm theo đặc điểm công nghệ cụ thể. Giới thiệu nhà máy sản suất máy kéo. Nhà máy sản xuất máy kéo được xây dựng trên mặt bằng rộng khoảng 50000m2 (50 ha), nhà máy có 10 phân xưởng chính và ngoài ra còn có các phòng ban, kho tàng bến bãi. Sản phẩm của nhà máy là các loại máy kéo phục vụ mọi nhu cầu khác nhau của các lĩnh vực, tuy nhiên sản phẩm chính là máy kéo nông nghiệp và máy kéo đầu máy toa xe. 10 6 9 8 5 Khuôn viên xí nghiệp 7 2 1 4 11 3 Dưới đây là mặt bằng và công suất đặt của từng phân xưởng (riêng phân xưởng sửa chữa cơ khí thì tính toán sau). Bảng dưới đây liệt kê chi tiết phụ tải của nhà máy sản xuất máy kéo, bao gồm số lượng phân xưởng và công suất đặt của từng phân xưởng. Số trên mặt bằng Tên phân xưởng Công suất đặt (kW) 1. Ban quản lý và phòng thiết kế 800 (chưa kể chiếu sáng) 2. Phân xưởng cơ khí số 1 1800 3. Phân xưởng cơ khí số 2 2000 4. Phân xưởng luyện kim mầu 1210 5. Phân xưởng luyện kim đen 1700 6. Phân xưởng sửa chữa cơ khí Theo tính toán 7. Phân xưởng rèn 850 8. Phân xưởng nhiệt luyện 750 9. Bộ phận nén khí 550 10. Kho vật tư 60 11. Phân xưởng đúc 750 Sơ bộ qua bảng phụ tải của các phân xưởng của nhà máy ta thấy rằng đây là một nhà máy khá lớn. Một số phân xưởng có công suất đặt lớn như phân xưởng cơ khí, phân xưởng luyện kim ẳ. Nguồn điện lấy về nhà máy: Nhà máy được lấy điện từ trạm biến áp trung gian gần nhất cách nhà máy 2,4km, cấp điện bằng đường dây trên không (ĐDK). Sơ bộ về cấp điện cho nhà máy Như trên đã phân tích, vì đây là một nhà máy có quy mô khá lớn nên dự định sẽ đặt một trạm phân phối trung tâm (PPTT) cho nhà máy. Điện lấy từ trạm BATG kéo về đây, rồi từ PPTT cấp điện cho từng trạm biến áp phân xưởng (BAPX). Để tăng độ tin cậy cung cấp điện, nhà máy sẽ dùng hai đường dây và do đó thanh cái của trạm PPTT được phân đoạn. Các trạm BAPX cấp điện cho các phân xưởng có thiết bị quan trọng như: lò luyện thép, lò tôi cao tần, các máy gia công chính xác, các máy nén khí ẳ dự kiến đặt hai máy biến áp lấy từ hai phân đoạn của trạm PPTT. Các trạm một máy BA thì lấy điện từ một phân đoạn của PPTT. Mạng trong nhà máy dùng cáp, như vậy sẽ tăng độ tin cậy và bảo đảm mỹ quan và không cản trở giao thông lại an toàn. Những phân xưởng chính như gia công cắt gọt, rèn, dập, hàn, lắp ráp ẳ có mật độ phụ tải lớn & máy móc thiết bị phân bố tương đối đều trên mặt bằng sản xuất , vì vậy mạng phân xưởng dùng sơ đồ máy biến áp – đường dây trục chính. Những phân xưởng như: đúc, nhiệt luyện, các trạm khí nén ẳ có số máy móc thiết bị không nhiều nhưng công suất lại lớn như các loại lò nấu kim loại, lò hồ quang, lò tôi, các loại động cơ, quạtẳ ở những phân xưởng này ta dùng sơ đồ hình tia. Những phân xưởng không quan trọng của nhà máy như phân xưởng sửa chữa cơ khí, kho tàng ẳ thì có thể dùng sơ đồ phân nhánh hoặc sơ đồ hình tia. Những thiết kế chi tiết sẽ trình bày ở phần sau. Lời cảm ơn Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Ngô Hồng Quang, người đã trực tiếp tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Cảm ơn thầy đã cung cấp cho em những kiến thức cần thiết, có hệ thống của môn học này. Kính chúc thầy luôn dồi dào sức khoẻ. Xin chân thành cảm ơn thầy! Sinh viên thực hiện đồ án. Trần Bình Dương Chương I Xác định phụ tải tính toán của nhà máy Xác định PTTT của phân xưởng sửa chữa cơ khí. Phân nhóm phụ tải. Căn cứ vào vị trí, công suất và tính chất của từng loại máy bố trí trên mặt bằng phân xưởng, quyết định chia làm 5 nhóm phụ tải. Mỗi nhóm ta bố trí đặt một tủ phân phối (TPP) để cấp điện cho các động cơ kéo máy sản xuất. Xác định PTTT cho từng nhóm. Ptt=Kmax.Ptb=Kmax.Ksd.SPđmi Qtt=Ptt.tgj Vì thông tin nhận được là khá chi tiết về phụ tải, vị trí các máy, số lượng và công suất của máy nên ta xác định PTTT của từng nhóm phụ tải theo phương pháp tính hệ số cực đại. Tra sổ tay với các nhóm máy cơ khí ta có: Ksd=0,16 ; cosj=0,6. Nhóm 1: TT Tên thiết bị Số lượng Ký hiệu trên mặt bằng Pđm,kW Iđm,A 1 máy Toàn bộ 1. Máy tiện ren (SC) 2 1 7 14 2. Máy tiện ren (SC) 1 2 7 7 3. Máy tiện ren (SC) 2 3 4,5 9 4. Máy tiện ren (SC) 1 4 7 7 5. Máy khoan đứng 1 5 2,8 2.8 6. Máy khoan đứng 1 6 4,5 4.5 7. Máy phay vạn năng 1 7 4,5 4.5 8. Máy bào ngang 1 8 5,8 5.8 9. Máy mài tròn vạn năng 1 9 2,8 2.8 10. Máy mài phẳng 1 9 4 4 Tổng cộng 61.40 (Chú thích: Các máy thuộc nhóm này đều thuộc bộ phận sửa chữa cơ khí). Từ bảng trên ta có: n=12; n1=10 ị Tra bảng cho trong sổ tay được : nhq*=0,93 ị nhq=0,93.12=11,16 > 4. Tra bảng với ksd=0,16 và nhq=11,16 ị Kmax=1,96 ị Ptt=1,96.0,16.61,4=19.26 kW. Qtt=19,26.1.33=25,61 kVAr. ị Stt= ị Itt= Các nhóm khác tính toán tương tự, kết quả ghi trong bảng B3. Tên nhóm và thiết bị điện Số lượng Ký hiệu trên mặt bằng Công suất đặt Po, kW Iđm.,A thiết bị Hệ số sử Dụng Ksd cos tg Số thiết bị hiệu quả nhq Hệ số cực đại Kmax Phụ tải tính toán Ptt,kW Qtt, kVAr Stt, kVA Itt, A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Nhóm 1 Máy tiện ren 2 1 14 0.16 0.6 / 1.33 Máy tiện ren 1 2 7 0.16 0.6 / 1.33 Máy tiện ren 2 3 9 0.16 0.6 / 1.33 Máy tiện ren 1 4 7 0.16 0.6 / 1.33 Máy khoan đứng 1 5 2.8 0.16 0.6 / 1.33 Máy khoan đứng 1 6 4.5 0.16 0.6 / 1.33 Máy phay vạn năng 1 7 4.5 0.16 0.6 / 1.33 Máy bào ngang 1 8 5.8 0.16 0.6 / 1.33 Máy mài tròn vạn năng 1 9 2.8 0.16 0.6 / 1.33 Máy mài phẳng 1 10 4 0.16 0.6 / 1.33 Cộng theo nhóm 1 12 ` 61.4 0.16 0.6 / 1.33 11 1.96 19.26 25.61 32.04 48.68 Nhóm 2 Máy tiện ren 4 1 40 0.16 0.6 / 1.33 Máy doa ngang 1 4 4.5 0.16 0.6 / 1.33 Máy mài sắc 1 24 2.8 0.16 0.6 / 1.33 Máy giũa 1 27 1 0.16 0.6 / 1.33 Máy mài dao 1 28 4.5 0.16 0.6 / 1.33 Cộng theo nhóm 2 8 52.8 0.16 0.6 / 1.33 6 2.64 22.30 29.66 37.11 56.38 Nhóm 3 Máy tiện ren 4 2 28 0.16 0.6 / 1.33 Máy phay chép hình 1 10 0.6 0.16 0.6 / 1.33 Máy mài tròn 1 17 4.5 0.16 0.6 / 1.33 Máy mài phẳng 1 20 2.8 0.16 0.6 / 1.33 Máy mài sắc 1 24 2.8 0.16 0.6 / 1.33 Máy khoan để bàn 1 22 0.65 0.16 0.6 / 1.33 Cộng theo nhóm 3 9 39.35 0.16 0.6 / 1.33 7 2.48 15.61 20.77 25.98 39.47 Nhóm 4 Máy phay vạn năng 2 5 14 0.16 0.6 / 1.33 Máy phay ngang 1 6 4.5 0.16 0.6 / 1.33 Máy phay chép hình 1 7 5.62 0.16 0.6 / 1.33 Phay chép hình 1 11 3 0.16 0.6 / 1.33 Máy bào ngang 2 12 14 0.16 0.6 / 1.33 Máy bào giường một trục 1 13 10 0.16 0.6 / 1.33 Máy xọc 2 14 9 0.16 0.6 / 1.33 Máy khoan hướng tâm 1 15 7 0.16 0.6 / 1.33 Máy khoan đứng 1 16 4.5 0.16 0.6 / 1.33 Cộng theo nhóm 4 12 71.62 0.16 0.6 / 1.33 8 2.72 31.17 41.45 51.87 78.81 Nhóm 5 Máy doa toạ độ 1 3 7 0.16 0.6 / 1.33 Máy phay đứng 2 8 9 0.16 0.6 / 1.33 Máy phay chép hình 1 9 1.7 0.16 0.6 / 1.33 Máy mài tròn vạn năng 1 18 2.8 0.16 0.6 / 1.33 Máy mài phẳng có trục đứng 1 19 10 0.16 0.6 / 1.33 Máy ép thuỷ lực 1 21 4.5 0.16 0.6 / 1.33 Máy cưa 1 11 4.5 0.16 0.6 / 1.33 Máy mài hai phía 2 12 5.6 0.16 0.6 / 1.33 Máy khoan bàn 2 13 1.3 0.16 0.6 / 1.33 Cộng theo nhóm 5 12 46.4 0.16 0.6 / 1.33 9 2.2 16.33 21.72 27.18 41.3 Tính toán PTTT cho chiếu sáng phân xưởng. Tra bảng với phân xưởng cơ khí ta có suất chiếu sáng chung cho cả xưởng là: p0=15 W/m2. Diện tích phân xưởng sửa chữa cơ khí là : S=1300 m2. Vậy: Pcs=15.1300=19500 W=19,5 kW; Qcs=0 (Vì ta dùng đèn sợi đốt chứ không dùng đèn ống). PTTT của phân xưởng. Sử dụng công thức: . ta có: Ppxck=0.85(19,25+22,3+15,6+31,17+16,3)+19,5=108 kW. Qpxck=SQtt=Ppxck.tgj=108.1.33=144 kVAr. ị ị Xác định PTTT của các phân xưởng khác. Vì các phân xưởng còn lại chỉ biết công suất đặt nên PTTT của các phân xưởng này được xác định theo công suất đặt và hệ số nhu cầu. Ptt=Knc.Pđ Qtt=Ptt.tgj Phân xưởng cơ khí số 1: Công suất đặt: Pđ=1800 kW. Diện tích phân xưởng: S=612,5 m2. Tra bảng phụ lục ta có: Knc=0,31; cosj=0,6; p0=14 W/m2. Công suất tính toán động lực: Ptt=Knc.Pđ=0,31.1800=558 kW. Công suất tính toán chiếu sáng: Pcs=p0.S=14.612,5=9 kW. Công suất tính toán tác dụng của phân xưởng: Ppx=Ptt+Pcs=558+9=567 kW. Công suất tính toán phản kháng của phân xưởng: Qpx=Qtt=Ptt.tgj=558.1,33=744 kVAr. ị Spx= và cosjpx= Ban quản lý và phòng thiết kế: Pđ= 80 kW ; S=525m2; knc=0,8; cosj=0,8; p0=15 W/m2. ị Ptt=0,8.80=64 kW; Qtt=Ptt.tgj=64.0,75=48 kVAr và :Pcs=p0.S=15.525=8000 W =8 kW. Với phòng ban quản lý ta dùng đèn tuýp (Huỳnh quang) nên: Qcs=Pcs.tgj =8*0,75=6 kVAr. ị Ppx=Ptt+Pcs=64+8=72 kW; Qpx=Qtt+Qcs=48+6=54 kVAr. ị Spx= Các phân xưởng còn lại tính tương tự, kết quả được tổng kết dưới bảng sau: III. PTTT toàn nhà máy: Bảng tổng kết các PTTT của từng phân xưởng: STT Tên phân xưởng S, m2 Pđ, kW Knc cosj P0, W/m2 Ptt, kW Pcs, kW Ppx, kW Qpx, kVAr Spx, kVA 1 P.x sửa chữa cơ khí 1300 0.6 15 104.62 19.5 108 144 180 2 P.x cơ khí số 1 612.5 1800 0.31 0.6 14 558 9 567 744 935 3 P.x cơ khí số 2 532 2000 0.31 0.6 14 620 7 627 827 1038 4 P.x luyện kim mầu 738 1210 0.8 0.85 15 968 11 979 600 1148 5 P.x luyện kim đen 950 1700 0.8 0.85 15 1360 14 1374 843 1612 6 P.x rèn 700 850 0.5 0.6 15 425 10.5 435.5 567 715 7 P.x nhiệt luyện 844 750 0.8 0.85 15 600 12 612 372 716 8 Bộ phận nén khí 375 550 0.7 0.7 12 385 4.5 389.5 393 553 9 Kho vật tư 788 60 0.7 0.7 10 42 8 50 43 66 10 P.x đúc 350 750 0.6 0.8 13 450 4.5 454.5 338 566 11 Ban quản lý & phòng thiết kế. 525 80 0.8 0.8 15 64 8 72 56 90 Tổng cộng 5669 4925 7620 PTTT toàn nhà máy: PNM=Kđt.S Ppxi=0,8.5669=4535 kW QNM=Kđt.SQpxi=0.8.4925=3940 kVAr SNM= cosjNM= Vẽ biều đồ phụ tải: Chọn tỷ lệ xích: m=5 kVA/ mm2. S=mp.R2 ị R= và Kết quả tính toán bán kính R và góc acs của biểu đồ phụ tải cho trong bảng sau: TT Tên các phân xưởng Pcs, kW Ppx, kW Spx, kVA R, mm acs0 1 P.x sửa chữa cơ khí 19.5 108 180 3.4 65.0 2 P.x cơ khí số 1 9 567 935 7.7 5.7 3 P.x cơ khí số 2 7 627 1038 8.1 4.0 4 P.x luyện kim mầu 11 980 1150 8.6 4.0 5 P.x luyện kim đen 14 1374 1612 10.1 3.7 6 P.x rèn 10.5 435 715 6.7 8.7 7 P.x nhiệt luyện 12 612 716 6.8 7.1 8 Bộ phận nén khí 4.5 390 553 5.9 4.2 9 Kho vật tư 8 50 66 2.1 57.6 10 P.x đúc 4.5 455 566 6.0 3.6 11 Ban quản lý & phòng TK 8 72 90 2.4 40.0 Từ bảng trên ta vẽ được biểu đồ phụ tải toàn xí nghiệp: Khuôn viên XN H2.1- Biểu đồ phụ tải của nhà máy sản xuất máy kéo. Chương II: Thiết kế mạng cao áp nhà máy Phương án cấp điện: Như trên đã phân tích, nhà máy sản xuất máy kéo là một nhà máy có quy mô lớn, có vị trí rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, nên ta xếp nó vào hộ loại 1. Do phụ tải toàn nhà máy là lớn nên ta sẽ đặt một trạm phân phối trung tâm (PPTT) nhận điện từ trạm biến áp trung gian rồi phân phối về cho các trạm biến áp phân xưởng (TBAPX). Dưới đây sẽ tính toán chi tiết cho mạng cao áp nhà máy bao gồm việc đặt vị trí trạm PPTT, việc lựa chọn dung lượng máy BA cho từng phân xưởng, việc đưa ra sơ đồ cấp điện hợp lý cho nhà máy cùng với việc tính toán để lựa chọn thiết bị lắp đặt. 1. Xây dựng trạm PPTT: Để đặt trạm PPTT được tối ưu nhất ta phải xác định vị trí trung tâm của nhà máy. Trên sơ đồ mặt bằng nhà máy, vẽ một hệ toạ độ XOY, có vị trí trọng tâm các phân xưởng là (xi,yi) sẽ xác định được vị trí tối ưu M(x,y) để đặt trạm như sau: ; Thay số cụ thể ta được: Vậy vị trí tối ưu đặt trạm PPTT là (6,1;4). Xác định vị trí và số lượng, công suất các trạm biến áp phân xưởng (BAPX) Căn cứ vào vị trí và công suất tính toán của các phân xưởng, quyết định đặt 9 trạm BAPX. Trong đó cụ thể các trạm cấp điện như sau: Trạm B1 cấp điện cho PX sửa chữa cơ khí, kho vật tư và ban quản lý+ phòng thiết kế. Trạm B2 cấp điện cho PX cơ khí số 1. Trạm B3 cấp điện cho PX cơ khí số 2. Trạm B4 cấp điện cho PX luyện kim mầu. Trạm B5 cấp điên cho PX luyện kim đen. Trạm B6 cấp điện cho PX rèn. Trạm B7 cấp điện cho PX nhiệt luyện. Trạm B8 cấp điện cho Bộ phận nén khí. Trạm B9 cấp điện cho PX đúc. Các trạm BA B2, B3, B4, B5, B6, B7, B8, B9 cấp điện cho các phân xưởng quan trọng (xếp loại 1), cần đặt hai máy biến áp. Trạm B1 cấp cho hộ loại 3 nên chỉ cần đặt một máy biến áp. Chọn dung lượng MBA: Trạm B1: Vì trạm này cấp điện cho các hộ loại 3 nên ta chỉ cần đặt một máy biến áp. Do đó: SđmB ³ Stt=90+180+66=336 kVA. Từ đó ta chọn một máy biến áp đặt cho trạm có dung lượng SđmB = 400 kVA-22kV/0,4kV. Trạm B2: Vì đã quyết định đặt hai máy biến áp cho trạm, nên: ị Chọn dùng hai máy biến áp 800kVA-22/0,4 có SđmB=800 kVA. Đối với các trạm khác chọn tương tự, kết quả ghi trong bảng dưới đây: TT Tên phân xưởng Stt , kVA Số máy biến áp SđmB , kVA Tên trạm 1 Ban quản lý & phòng thiết kế Phân xưởng sửa chữa cơ khí Kho vật tư 336 1 400 B1 2 Phân xưởng cơ khí số 1 935 2 800 B2 3 Phân xưởng cơ khí số 2 1038 2 800 B3 4 Phân xưởng luyên kim mầu 1150 2 1000 B4 5 Phân xưởng luyện kim đen 1612 2 1600 đặt) B5 6 Phân xưởng rèn 715 2 630 B6 7 Phân xưởng nhiệt luyện 716 2 630 B7 8 Phân xưởng khí nén 553 2 400 B8 9 Phân xưởng đúc 566 2 400 B9 Vạch hai phương án cấp điện. Như đã phân tích ở phần đầu, nhà máy sản xuất máy kéo là nhà máy có vị trí quan trọng, ta đã xếp nó vào hộ loại 1 nên để đảm bảo độ tin cậy cao & an toàn ta sẽ dùng đường dây trên không, lộ kép dẫn điện từ trạm BATG về trạm PPTT của nhà máy. Mặt khác, để đảm bảo tính mỹ quan và an toàn, mạng cao áp nhà máy sẽ đi cáp ngầm. Từ trạm PPTT đến B1 ta dùng cáp không lộ đơn (vì cấp cho hộ loại 3), còn đến các trạm biến áp còn lại cấp điện cho các phân xưởng chính ta dùng cáp không lộ kép. Căn cứ vào vị trí các trạm biến áp phân xưởng và trạm PPTT trên mặt bằng, ta có thể đề ra 2 phương án khả thi đi dây mạng cao áp như sau: Phương án 1: Các trạm biến áp được cấp trực tiếp tự trạm PPTT (tương ứng với sơ đồ mạng hình tia). Phương án 2: Các trạm biến áp xa trạm PPTT được lấy điện liên thông qua các trạm ở gần trạm PPTT. 10 6 9 8 5 Khuôn viên xí nghiệp 7 2 1 4 11 3 PPTT 10 6 9 8 5 Khuôn viên xí nghiệp 7 2 1 4 11 3 PPTT Sau đây là việc tính toán chi tiết bao gồm tất cả công việc từ thiết kế phương án khả thi đi dây cao áp đến việc lựa chọn cáp thích hợp. Tính toán lựa chọn dây dẫn từ BATG về trạm PPTT. Đường dây cung cấp kéo từ trạm BATG về trạm PPTT của nhà máy dài 2,4km, sử dụng đường dây trên không là dây nhôm lõi thép lộ kép. Vì đường dây cao áp 22kV cấp cho nhà máy có khoảng cách ngắn như vậy, nên tiết diện dây dẫn được chọn theo điều kiện kinh tế. Tra cẩm nang, ta có được thời gian sử dụng công suất lớn nhất ứng với mhà máy sản xuất máy kéo là Tmax= 4200h. Với giá trị của Tmax, dây dẫn AC ta tra bảng có được: Jkt= 1,1 A/mm2 ( mật độ dòng kinh tế). Từ đó: Vậy ta chọn dây nhôm, lõi thép tiết diện 70mm2 – (2´AC-70). Sau đây ta sẽ kiểm tra dây đã chọn theo điều kiện dòng sự cố (phát nóng) và điều kiện tổn thất điện áp (DU). Theo điều kiện phát nóng: Tra bảng dây AC-70 có Icp=280 A (đặt ngoài trời). Khi xảy ra sự cố, tức là khi đứt một đường dây thì đường dây còn lại sẽ chuyển tải toàn bộ công suất đến nhà máy, do vậy: Isc=2.Itt=2.93=186 A. Vậy Isc < Icp à Điều kiện phát nóng thoả mãn. Theo điều kiện tổn thất điện áp: Tra bảng với dây AC-70 ta được r0=0,46 W/ km; x0=0,4 W/ km ị Tổng trở trên đoạn dây này là: Z=(r0.l+jx0.l)/2=0,55+j0,48. Do đó: Như vậy việc chọn loại dây AC-70 dùng để đưa điện từ BATG về trạm PPTT là thoả mãn các điều kiện về độ an toàn và tổn thất cho phép. Tính toán lựa chọn cáp từ PPTT đến các trạm BAPX. Dự định thiết kế hai phương án đều có chung những đặc điểm sau: Đường dây cung cấp từ BATG về PPTT Số trạm biến áp và số máy biến áp trên một trạm là như nhau ở cả hai phương án. Vì vậy khi so sánh kinh tế kỹ thuật hai phương án ta chỉ tiến hành so sánh kinh tế kỹ thuật của mạng cao áp hai phương án. Dự định dùng cáp đồng, đai thép, cách điện XLPE của hãng FURUKAWA của Nhật Bản có các thông số kỹ thuật như sau: Phương án 1: Chọn cáp từ PPTT đến B1: Vì đường dây này dùng cáp lộ đơn chuyên tải công suất đến 3 nơi nên; Imax= Với cáp đồng & Tmax=4200h ị Jkt=3,1 A/mm2 Vậy ta chọn cáp XLPE có tiết diện tối thiểu 35 mm2 đ XLPE(3´35). Chọn cáp từ PPTT đến B2: Vì trên đường dây này ta dùng cáp không lộ kép nên: Imax= ị Vậy trên tuyến này ta chọn cáp có tiết diện 35 mm2 đ 2´XLPE(3´35). Các đường cáp khác chọn tương tự, kết quả ghi vào bảng sau: Đường cáp F, mm2 L, m Đơn giá (đ/m) Thành tiền (đ) PPTT – B1 35 80 105.000 8.400.000 PPTT – B2 35 130 105.000 13.650.000 PPTT – B3 35 100 105.000 10.500.000 PPTT – B4 35 75 105.000 7.875.000 PPTT – B5 35 40 105.000 4.200.000 PPTT – B6 35 80 105.000 8.400.000 PPTT – B7 35 30 105.000 3.150.000 PPTT – B8 35 50 105.000 5.250.000 PPTT – B9 35 50 105.000 5.250.000 Cộng: K1=66.675.000đ Vậy vốn đầu tư cho mạng cao áp ở phương án 1 là K1=66,675 triệu đồng. Tiếp đó ta xác định tổng tổn thất điện năng trên mạng cao áp nhà máy, theo công thức sau: D A= DPmax.t= Trong đó: Pi,Qi là công suất tác dụng và công suất phản kháng chuyên tải trên tuyến dây i, có điện trở Ri. t là thời gian tổn thất công suất lớn nhất. + Tổn thất trên đoạn cáp PPTT – B1: S1=72+j54=90 0,8 kVA ã S6=108+j144=180 0,6 kVA S10=46,2+j47= 66 0,7 kVA XLPE(3´35) PPTT Với [S]=kVA, [U]=kV, [r0]=W/km, [l]=km. DP= + Tổn thất trên đoạn cáp PPTT – B2: Đoạn này dùng cáp lộ kép,nên: DP= Các đường dây còn lại tính tương tự, kết quả ghi vào bảng sau: Đường cáp F, mm2 L, m R0, W/km R, W DP, kW PPTT – B1 35 90 0,668 0,06 0,014 PPTT – B2 35 130 0,668 0,043 0,09 PPTT – B3 35 100 0,668 0,033 0,075 PPTT – B4 35 75 0,668 0,025 0,068 PPTT – B5 35 40 0,668 0,013 0,08 PPTT – B6 35 80 0,668 0,027 0,028 PPTT – B7 35 30 0,668 0,01 0,011 PPTT – B8 35 50 0,668 0,017 0,01 PPTT – B9 35 50 0,668 0,017 0,01 Cộng DP1=0,386 kW Từ Tmax=4200h ta tính thời gian tổn thất công suất lớn nhất t theo công thức: t=(0,124+10-4.Tmax)2.8760 ị t=2600h. Lấy avh=0,1 (vì là đường dây cáp); atc=0,2; c=1000 đ/kWh. ị Chi phí tính toán hàng năm của phương án 1 là: Z1=(0,1+0,2).66675000 + 1000.0,386.2600=20002500 + 1003600 =21.000.000đ. Phương án 2: Chọn cáp từ PPTT – B8: Do tuyến này cung cấp cho cả trạm B1 & B8 nên: Imax= Vậy ta chọn cáp tiết diện là 35 mm2. Vì đã chọn vượt cấp nhiều so với tiết diện tính toán nên ta không cần tiến hành kiểm tra DU và Icp. Chọn cáp từ B8 – B1 : Vì từ B8 – B1 ta dùng cáp không lộ đơn nên: Imax= Vậy ta chọn cáp tiết diện 35 mm2 đ XLPE(3´35). Chọn cáp từ PPTT – B6: Tuyến này cấp điện cho cả B6 & B2 . Do cả hai phân xưởng đều có cosj=0,6 nên: I=Imax= Chọn loại cáp có tiết diện 35mm2 đ 2XLPE(3´35). Chọn cáp từ B6 - B2: Imax= ị ị Chọn loại cáp có tiết diện 35 mm2 đ 2XLPE(3´35). Các tuyến cáp giống phương án 1 không phải chọn lại. Các tuyến còn lại tính tương tự, kết quả ghi vào bảng sau: Đường cáp F, mm2 L, m Đơn giá (đ/m) Thành tiền (đ) PPTT – B8 35 50 105.000 5.250.000 B8 – B1 35 45 105.000 4.725.000 PPTT – B6 35 80 105.000 8.400.000 B6 – B2 35 80 105.000 8.400.000 PPTT – B4 35 75 105.000 7.875.000 B4 – B3 35 70 105.000 7.350.000 PPTT – B5 35 40 105.000 4.200.000 PPTT – B7 35 30 105.000 3.150.000 PPTT – B9 35 50 105.000 5.250.000 Cộng: K2=54.600.000đ Tương tự như phương án 1, ta còn phải xác định tổn thất năng lượng của toàn mạng dây cao áp ở phương án 2: 90 0,8 66 0,7 180 0,6 553 0,7 PPTT 9 10 6 1 Tổn thất trên đoạn cáp PPTT – B8: ị DP= Tổn thất trên đoạn B8 – B1: Tổn thất trên đoạn PPTT – B6: Tổn thất trên đoạn B6 – B2: Tính tương tự cho các đoạn còn lại, kết quả ghi vào bảng dưới đây: Đường cáp F, mm2 L, m R0, W/km R, W DP, Kw PPTT – B8 35 50 0,668 0,017 0,027 B8 – B1 35 45 0,668 0,03 0,003 PPTT – B6 35 80 0,668 0,027 0,15 B6 – B2 35 80 0,668 0,027 0,048 PPTT – B4 35 75 0,668 0,025 0,24 B4 – B3 35 70 0,668 0,023 0,064 PPTT – B5 35 40 0,668 0,013 0,15 PPTT – B7 35 30 0,668 0,01 0,011 PPTT – B9 35 50 0,668 0,017 0,01 Cộng DP2=0,7 kW Tương tự như phương án 1, ta có chi phí tính toán phương án 2 là: Z2=(0,1+0,2).54600000+1000.0,7.2600=16.380.000 + 1.820.000 = 18.200.000đ. Sau đây là bảng so sánh kinh tế hai phương án: Phương án K ´106 , đ YD A ´106, đ Z ´106, đ PA1 66,675 1 21 PA2 54,6 1,82 18,2 Từ bảng trên ta kiểm tra thấy rằng: Z1 > Z2. Nhưng hai phương án này chỉ chênh lệch nhau không nhiều (13%), nghĩa là có thể coi chúng là đồng kinh tế. Vì vậy mặc dù phương án 1 có chi phí lớn hơn, nhưng chúng lại có điểm nổi bật về chỉ tiêu kỹ thuật như lại dễ vận hành sửa chữa, dễ tự động hoá trong vận hành, lại có độ tin cậy cao hơn. Sơ đồ nguyên lý của phương án tối ưu. Sơ đồ trạm PPTT. Vì xí nghiệp sản xuất máy kéo có công suất tính toán rất lớn (Stt=6000kVA) & có ý nghĩa rất quan trọng nên nếu dự phòng bằng máy phát sẽ không có lợi bằng việc cấp điện từ hai đường dây trung áp kéo từ trạm BATG gần nhất (cách nhà máy 2,4km). Ta chọn dùng sơ đồ một hệ thống thanh góp có phân đoạn cho trạm PPTT. Tại mỗi tuyến dây vào, ra khỏi thanh góp và liên lạc giữa hai phân đoạn thanh góp đều dùng máy cắt hợp bộ. Vì đường dây kéo từ trạm BATG là đường dây trên không (ĐDK), loại lộ kép nên cần thiết phải đặt chống sét van bảo vệ tại mỗi phân đoạn thanh góp. Vì mạng cao áp nhà máy ở cấp trung áp 22kV (hệ thống có trung tính nối đất trực tiếp) nên ta đặt máy biến áp đo lường loại 2 cuộn dây trên mỗi phân đoạn thanh góp. Sơ đồ nguyên lý của trạm PPTT nhà máy : Từ trạm BATG Pđ1 MCLL MCHB MCHB PĐ2 22kV Đến các trạm BAPX Đến các trạm BAPX Sơ đồ nguyên lý của các trạm BAPX. Vì khoảng cách giữa trạm PPTT đến các phân xưởng & giữa các phân xưởng với nhau không lớn (khoảng vài trăm mét), nên phía cao áp chỉ cần đặt dao cách ly (DCL) và cầu chì cao áp; phía hạ áp đặt áptômát tổng và các áptômát nhánh. Tất cả các thiết bị đều đặt trong tủ phân phối của trạm BA.Các MBA đều dùng loại nối Y0/Y0 – 22/0,4kV. Đối với trạm hai máy đặt thêm áptômát liên lạc (ALL) giữa hai phân đoạn thanh góp. Các trạm BAPX đều kết cấu kiểu trạm xây kín, để đảm bảo mỹ quan và an toàn cho sản xuất. Để tiết kiệm về xâydựng có thể xâydựng liền kề với tường phân xưởng. Sơ đồ chi tiết một trạm BAPX chung như sau: + Với trạm một máy: TPP của TBA A AT ã CT A A V KWh DCL CC MBA kVArh cosj + Với trạm hai máy: Để hạn chế dòng ngắn mạch & làm đơn giản việc bảo vệ, bình thường ta cho 2 MBA làm việc độc lập (bằng cách cắt áptômát liên lạc phân đoạn thanh cái ra); chỉ khi có sự cố ta mới cho đóng áptômát đó vào để cấp cho phụ tải của một máy bị sự cố. Ngoài các thiết bị đóng cắt cần thiết trong trạm còn đặt thêm các thiết bị phục vụ cho đo lường, đó là các máy biến dòng điện (TI hay BI) và máy biến điện áp (TU hay BU); các loại đồng hồ hữu công, vô công , cosj mét .. . AT1 ã CT1 AT2 ã CT2 DCL CC MBA DCL CC MBA ALL Sơ đồ mạng cao áp toàn nhà máy. Tính toán ngắn mạch và kiểm tra các thiết bị Lựa chọn các thiết bị trong trạm PPTT. Trạm PPTT của nhà máy cung cấp điện cho một phụ tải lớn (Stt=6000kVA; Itt=157A). Ta chọn dùng các tủ hợp bộ của hãng SIEMENS (Đức), cách điện bằng SF6, không cần bảo trì, loại 8DC11, hệ thống thanh góp đặt sẵn trong các tủ có dòng định mức 1250A. Thông số kỹ thuật của máy cắt đặt tại trạm PPTT: Loại MC Uđm, kV Iđm, A Icắt N,3s, kA Icắt Nmax, kA Ghi chú 8DC11 24 1250 25 63 Không cần bảo trì. Lựa chọn các thiết bị trong trạm BAPX. Các thiết bị chọn cụ thể trong trạm BAPX: + Đặt một tủ đầu vào 24kV gồm có dao cách ly 3 vị trí (dao cắt phụ tải), cách điện SF6 , tiếp đó là cầu chì cao áp, không phải bảo trì, loại 8DH10 của hãng SIEMENS. Thông số kỹ thuật của tủ đầu vào 8DH10 như sau: Loại tủ Cách điện Đặc điểm sử dụng Uđm, kV Iđm,A lộ cáp Iđm,A lộ MBA IN, kA 1s IN, kA max Thiết bị đóng cắt 8DH10 SF6 Tủ có thể mở rộng 24 1250 200 16 50 Dao cắt phụ tải Cầu chì . Thiết bị đo lường. + Các MBA đã chọn của ABB sản xuất tại Việt Nam nên không cần hiệu chỉnh nhiệt độ. Thông số của các MBA ở các trạm như sau: Trạm SđmB, kVA Điện áp, kV DP0, W DPN,W UN% B1, B8, B9 400 22/0,4 840 5750 4 B6, B7 630 22/0,4 1200 8200 4 B2, B3 800 22/0,4 1400 10500 5 B4 1000 22/0,4 1750 13000 5 B5 1600 22/0,4 2800 20800 5 + Phía hạ áp dùng các áptômát của hãng Merlin Gerin (Pháp), đặt trong vỏ đặt hàng từ ABB, loại MNS. Trong đó: Với trạm một máy BA đặt một tủ áptômát tổng & một tủ áptômát nhánh. Với trạm 2 MBA đặt 5 tủ: 2 tủ áptômát tổng lấy điện từ 2 đường, một tủ đặt áptômát liên lạc & 2 tủ đặt các áptômát nhánh của mỗi phân đoạn. Ta bố trí các thiết bị trong các tủ của trạm như sau: Sơ đồ đấu nối trạm 1 MBA (trạm B1). Tủ cao áp 8DH10 MBA 400 – 22/0,4 Tủ AT Tủ áptômát nhánh Sơ đồ đấu nối trạm 2 MBA (B2 á B9). Tủ cao áp 8DH10 MBA – 22/0,4 Tủ AT Tủ A nhánh Tủ A liên lạc Tủ A nhánh Tủ AT MBA – 22/0,4 Tủ cao áp 8DH10 + Chọn các áptômát: Với trạm đặt máy 400kVA ta có dòng lớn nhất qua áptômát: Imax= Với trạm đặt máy 630kVA ta có: Với trạm đặt máy 800kVA ta có: Với trạm đặt máy 1000kVA ta có: Với trạm đặt máy 1600kVA ta có: Chủng loại và số lượng các áptômát đặt trong các trạm BAPX ghi dưới bảng sau : Trạm BA Loại A Số lượng A Uđm, V Iđm, A Icắt N, kA B1 (1´400kVA) NS600E NS400E 1 3 500 500 600 400 15 15 B8, B9 (2´400kVA ) NS600E NS400E 3 4 500 500 600 400 15 15 B6, B7 (2´630kVA) C1001N C801N 3 4 690 690 1000 800 25 25 B2, B3 (2´800kVA) C1251N C801N 3 4 690 690 1250 800 25 25 B4 2´1000kVA CM1600N C1250N 3 4 690 690 1600 1250 50 50 B5 2´1600kVA CM2500N C1250N 3 4 690 690 2500 1250 50 50 Tính toán ngắn mạch & kiểm tra thiết bị đã chọn. Tính toán ngắn mạch mạng cao áp nhà máy: Ngắn mạch là hiện tượng tổng trở mạch đột ngột giảm ị dòng trong mạch tăng đột ngột, trị số dòng ngắn mạch lớn gấp hàng trăm, hàng ngàn lần dòng điện làm việc bình thường. Kết quả là gây 2 hậu quả nghiêm trọng: + Phát nhiệt lớn ị phá huỷ cách điện thiết bị điện, gây hư hỏng cháy nổẳ + Gây lực điện động rất lớn ị phá huỷ kết cấu TBĐ và cũng dẫn đến cháy nổ, làm thiệt hại rất lớn đến nền kinh tế quốc dân. Ngắn mạch trong lưới trung áp (UTA=6; 10; 22; 35kV) là trường hợp ngắn mạch xa nguồn, nên thành phần dòng ngắn mạch chỉ còn thành phần dòng xác lập tính theo biểu thức sau: IN=IƠ=I”= Trong đó: Utb=1,05UđmLĐ. ZN – là tổng trở ngắn mạch tính từ nguồn tới điểm ngắn mạch. N1 áp dụng trong mạng cao áp nhà máy ta có sơ đồ thay thế như sau: BATG MC1 ĐDK – 22kV L=2,4km PPTT MC2 Cáp tổng DCL N2 BAPX Cần tính các điểm ngắn mạch N1 tại thanh cái trạm PPTT để kiểm tra máy cắt, thanh góp. Tính ngắn mạch N2 tại phía cao áp BAPX để kiểm tra cáp và tủ cao áp các trạm. ã XH Rd Xd N1 Rc Xc N2 Trong sơ đồ thay thế trên ta bỏ qua điện trở và điện kháng của DCL, thanh góp ẳ vì chúng quá nhỏ (chỉ ở cỡ mW). Tính ngắn mạch tại N1: + Vì không biết cấu trúc hệ thống điện mạng trung áp, nên không thể tính chính xác được XH _ điện kháng hệ thống điện. Do đó ta tính gần đúng qua công suất cắt ngắn mạch của máy cắt đầu nguồn (Scđm); giả định biết máy cắt đầu nguồn có Scđm=2400kVA, thì ta tính được: + Đường dây trên không (ĐDK) kéo điện từ BATG về nhà máy dùng loại AC-70 nên tra bảng ta được: r0=0,46W/km; x0=0,4W/km. Khi xảy ra ngắn mạch ở một phân đoạn thanh góp thì đường dây đó sẽ chịu toàn bộ công suất truyền tải đến. Do đó: ị Dòng ngắn mạch xung kích tại N1 : Tính ngắn mạch tại N2: + Dòng ngắn mạch tại điểm N2 trạm B8: Biết cáp từ PPTT về B8 là loại F=35mm2 nên từ bảng của loại cáp này ta có: r0=0,668W/km ; x0=0,13W/km; khoảng cách từ PPTT về B8 là l=0,09km, nên: ị Các điểm N2 khác tính tương tự, kết quả tổng kết dưới bảng sau: Đường dây F, mm2 L, km R0, W/km X0, W/km R, W X, W PPTT- B1 35 0,08 0,668 0,13 0,053 0,01 PPTT- B2 35 0,13 0,668 0,13 0,087 0,017 PPTT- B3 35 0,1 0,668 0,13 0,067 0,013 PPTT- B4 35 0,075 0,668 0,13 0,05 0,01 PPTT- B5 35 0,04 0,668 0,13 0,027 0,005 PPTT- B6 35 0,08 0,668 0,13 0,053 0,01 PPTT- B7 35 0,03 0,668 0,13 0,02 0,004 PPTT- B8 35 0,05 0,668 0,13 0,033 0,0065 PPTT- B9 35 0,05 0,668 0,13 0,033 0,0065 Điểm tính N IN, kA Ixk, kA Thanh cái PPTT 8,25 21 Thanh cái B1 8 20,36 Thanh cái B2 7,98 20,31 Thanh cái B3 7,97 20,3 Thanh cái B4 8 19,36 Thanh cái B5 8,14 20,72 Thanh cái B6 8 20,36 Thanh cái B7 8,17 20,8 Thanh cái B8 8,1 20,62 Thanh cái B9 8,1 20,62 Kiểm tra thiết bị: + Kiểm tra máy cắt: So sánh kết quả tính toán dòng ngắn mạch tại N1 với các thông số của máy cắt đã chọn ta thấy máy cắt và thanh góp có khả năng cắt và ổn định dòng N lớn hơn rất nhiều so với dòng N tính toán. Vậy máy cắt đã chọn là đảm bảo chỉ tiêu kỹ thuật. + Kiểm tra cáp: Ta chỉ cần kiểm tra tuyến có dòng N lớn nhất. Từ bảng kết quả trên ta thấy tuyến có IN lớn nhất là tuyến PPTT – B7 ; có INmax=8,17kA. Từ bảng thông số kỹ thuật của cáp đã chọn (loại F=35mm2, của FURAKAWA) ta thấy: Isc=2.Itt9=2. Tiết diện ổn định nhiệt của cáp: Fcáp=35 > 6.8,17.mm2. Vậy loại cáp 35mm2 đã chọn là hợp lý. + Kiểm tra dao cách ly: Từ bảng thông số kỹ thuật của tủ đầu vào 8DH10 ở trên ta thấy khả năng cắt dòng ngắn mạch của dao cách ly và cầu chì cao áp đều lớn hơn nhiều dòng ngắn mạch tính toán (16kA so với 8,22kA; 50kA so với 20,92kA). Vậy DCL và CC cao áp đều thoả mãn điều kiện ngắn mạch. Chương III Thiết kế mạng hạ áp phân xưởng sửa chữa cơ khí Phương án cấp điện Sơ lược vế phương án cấp điện cho PXSCCK. Do trạm BA đặt kề phân xưởng sửa chữa cơ khí nên ta có thể lấy điện trực tiếp từ thanh cái của tủ phân phối của TBA mà không cần thêm tủ phân phối của phân xưởng. Từ tủ phân phối (TPP) đó ta lấy ra 6 đường cấp điện cho 5 tủ động lực (TĐL) & 1 tủ chiếu sáng phân xưởng. Các tủ động lực đặt rải rác cạnh tường phân xưởng, mỗi TĐL cấp điện trực tiếp cho một nhóm phụ tải (các động cơ máy công cụ) mà ta đã chia nhóm ở phần tính phụ tải tính toán phân xưởng sửa chữa cơ khí (PXSCCK). Tủ phân phối của phân xưởng đặt 1 áptômát tổng (AT) & 6 áptômát nhánh cấp điện cho 5 tủ động lực và 1 tủ chiếu sáng. Chọn phương án hình tia cấp điện cho các tủ động lực, đầu vào tủ đặt dao cách li & cầu chì, các nhánh ra đặt cầu chì nhánh bảo vệ ngắn mạch cho các động cơ, đồng thời dự phòng cho bảo vệ quả tải. Các đường cáp dẫn điện đến từng động cơ trực tiếp từ TĐL hoặc liên thông qua một động cơ ở gần đều được đi ngầm theo các đường hào đào sẵn. TPP của TBA AT N1 TBA CT Mỗi động cơ của máy công cụ được điều khiển bằng khởi động từ (KĐT) gắn sắn trên thân máy, trong khởi động từ đã có rơle bảo vệ quá tải. 2. Sơ đồ nguyên lý cấp điện mạng hạ áp phân xưởng Lựa chọn và kiểm tra các phẩn tử của mạng hạ áp. Chọn cáp tổng từ TBA về TPP của phân xưởng. Với mạng hạ áp trong xí nghiệp công nghiệp ta chọn tiết diện cáp theo dòng điện cho phép (Icp) _ tức là chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép của cáp. K1K2.Icp ³ Itt Trong đó: K1 : là hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ, kể đến sự khác biệt giữa nhiệt độ môi trường đặt dây và môi trường chế tạo. K2 : là hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ, khi kể đến số lượng cáp đặt chung trong cùng một rãnh. Itt : là dòng điện tính toán của nhóm phụ tải. Vì từ TBAPX về TPP chỉ đi một đường cáp nên k2=1. Nếu giả định là nhiệt độ môi trường đặt cáp bằng nhiệt độ môi trường chế tạo hoặc sự khác biệt là không đáng kể thì k1=1. Do đó: Icp ³ Ittpx= Tra sổ tay, chọn cáp đồng 4 lõi cách điện của hãng LENS (Pháp) có tiết diện 95mm2 có Icp=301A ị (3´95+50). Các thông số kỹ thuật của loại cáp được chọn: F, mm2 D, mm M, kg/km R0, W/km ở 200C Icp, A Lõi Vỏ Trong nhà Ngoài trời min Max 3´95+50 11,1/8,4 34,7 40,6 3910 0,193/0,387 301 298 Trong trường hợp này do TBA đặt kề với tường của PXSCCK nên đoạn cáp tổng rất ngắn (khoảng 5 á 6 m) nên không cần kiểm tra DUbt _tổn hao điện áp lúc chuyên tải bình thường. Vì chỉ dùng một đường cấp điện đến TPP nên cũng không cần kiểm tra DUsc ( tổn hao điện áp lúc có sự cố) & điều kiện Isc Ê Icp. Do vậy ta chỉ cần kiểm tra cáp theo điều kiện dòng ngắn mạch kết hợp với thiết bị bảo vệ. Chọn tủ phân phối của phân xưởng. Như trên đã phân tích do TBA đặt kề tường phân xưởng nên ta dùng luôn TPP của trạm BA làm TPP của phân xưởng. ở đây ta chỉ quan tâm đến việc cấp điện cho phân xưởng sửa chữa cơ khí nên các đường lấy điện khác từ thanh cái của TPP đến các phân xưởng khác không được vẽ trên sơ đồ nguyên lý của TPP. Sơ đồ TPP của phân xưởng: AT A1 A6 A A A V KWh KVAhr cosj + Chọn AT: Lựa chọn theo 3 điều kiện UđmA ³ UđmLĐ =0,4 kV IđmA ³ Itt =273 A IđmA ³ IN Ngoài các điều kiện trên đối với áptômát đầu nguồn sau BAPX, để dự trữ ta chọn theo dòng định mức của MBA: IđmA ³ IđmB= Vậy ta chọn AT loại NS600E của hãng Merlin Gerin chế tạo, có các thông số kỹ thuật như sau: Loại áptômát Thông số kỹ thuật Số cực IđmA, A UđmA, V IN, kV NS400E 3 400 500 15 NS600E 3 600 500 15 + Chọn thanh cái tủ PP: Với Itt=577A chọn thanh cái làm bằng đồng thanh kích thước 40´4 có Icp=625A. Thanh cái được đặt lên hai sứ cách điện gắn vào khung tủ, đặt đứng. + Chọn các áptômát nhánh: Theo kết quả tính toán ở phần phụ tải tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí ta có bảng tổng kết sau: Các thông số tính toán Nhóm máy công cụ số 1 2 3 4 5 Stt , kVA 32 37,11 25,98 51,87 27,18 Itt , A 48,68 56,38 39,47 78,81 41,3 Từ TPP có 6 nhánh ra (5 cung cấp cho tủ động lực và một cung cấp cho tủ chiếu sáng) . Dựa vào dòng Itt của từng nhóm máy tổng kết ở bảng trên ta chọn các áptômát nhánh như sau: áptômát nhánh Loại A Thông số kỹ thuật Uđm,kV IđmA, A IcắtN, kA Icắt giới hạn, kA A1 C100E 0,5 100 15 18 A2 C100E 0,5 100 15 18 A3 C100E 0,5 100 15 18 A4 C100E 0,5 100 15 18 A5 C100E 0,5 100 15 18 Đối với áptômát cấp cho phụ tải chiếu sáng phân xưởng, do Pcspx=19,5kW nên Ittcs=51,17A. Vậy ta cũng chọn A6 có IđmA=100A loại C100E của MERLIN GERIN. + Chọn loại tủ phân phối: Vỏ tủ phân phối ta đặt của ABB, kỹ hiệu MNS. Loại tủ này được thiết kế theo modul làm sẵn, đủ an toàn và tin cậy. Tất cả các áptômát lựa chọn ở trên ta có thể lắp đặt lấy hoặc đặt trọn bộ lắp đặt cùng với vỏ của ABB. Chọn cáp từ TPP tới các TĐL Tương tự như đoạn cáp đã chọn ở trên, với các tuyến cáp từ TPP tới TĐL ta cũng chọn theo Icp. + Cáp từ TPP tới tủ động lực ĐL1 (cấp điện cho nhóm máy số 1): k1.k2.Icp ³ Itt1= 48,68A. Vì ta đi theo tuyến hình tia nên k2=1; cũng giả định nhiệt độ môi trường đặt cáp và nhiệt độ môi trường chế tạo bằng nhau ta có k1=1. Do đó: ị Icp ³ Itt1 = 48,68 A. (1) Mặt khác, do bảo vệ ngắn mạch cho nhóm máy này là áptômát nên, điều kiện thứ hai để chọn cáp là: K1.k2.Icp ³ ị Icp ³ 55A. Kết hợp hai điều kiện trên ta chọn loại cáp đồng 4 lõi, cách điện PVC, tiết diện 10 mm2 , có Icp=66A (của LENS) ị 4G 6. Các tuyến khác chọn tương tự, kết quả ghi vào bảng sau: Tuyến cáp Loại cáp Itt , A Fcáp, mm2 Icp, A TPP - ĐL1 4G 6 48,68 6 66 TPP - ĐL2 4G 6 56,38 6 66 TPP - ĐL3 4G 6 39,47 6 66 TPP - ĐL4 4G 10 78,81 10 87 TPP - ĐL5 4G 6 41,3 6 66 Chọn tủ động lực (TĐL). Các TĐL cấp điện trực tiếp cho từng nhóm động cơ của máy công cụ. Phía trong mỗi tủ ta đặt các cầu chì nhánh & 1 cầu chì tổng (CCT) đặt trước thanh cái của tủ. Các cầu chì nhánh bảo vệ ngắn mạch cho từng động cơ hoặc một số động cơ, cầu chì tổng bảo vệ ngắn mạch ngay phía sau thanh cái & đặt ngay sau dao cách ly (DCL). Căn cứ vào số lượng phụ tải của các nhóm, ta đặt 10 đầu phân nhánh lấy ra từ TĐL. DCL CCT CC1 CC10 Các thiết bị lắp đặt trọn bộ cũng đặt hàng của ABB. Sơ đồ TĐL của phân xưởng sủa chữa cơ khí: Lựa chọn cầu chì cho từng nhóm phụ tải. Nhóm 1: Cầu chì nhánh bảo vệ cho 1 động cơ được chọn theo các điều kiện sau: Uđm CC ³ Uđm LĐ Idc CC ³ Ilv Đ= Kt.Iđm Đ= Idc CC ³ Cầu chì nhánh bảo vệ cho nhóm n động cơ được chọn theo các điều kiện sau: Uđm CC ³ Uđm LĐ . Idc ³ Ilv nhóm = Idc CC ³ Với cầu chì tổng, thì ngoài các điều kiện trên còn phải thêm điều kiện là Idc CC phải lớn hơn ít nhất là 2 cấp so với Idc của cầu chì nhánh lớn nhất. Trong các biểu thức trên thì : Kt: là hệ số tải. Thực tế phải khảo sát mới biết chính xác, trong trường hợp không biết, trong trường hợp náy cho phép sai số ta tạm lấy giá trị lớn nhất tức là Kt=1. h: là hiệu suất của động cơ. Trong trường hợp không biết ta cũng coi lý tưởng h=1. Kmm: là hệ số mở máy. Trong trường hợp không cho ta có thể lấy Kmm bằng một trong các giá trị sau: 5, 6 hoặc 7. a: là hệ số. Trong trường hợp này các máy công cụ của phân xưởng đều mở máy nhẹ nên a=2,5. + Cầu chì CC1 bảo vệ máy tiện ren (số 1) có P=7 kW: Idc ³ Ilv Đ=Kt.Iđm Đ= Idc CC ³ CC1 Kết hợp hai điều kiện trên ta chọn cầu chì CC1 có Icp=40 A ị + Cầu chì CC3 & CC4 bảo vệ các máy tiện ren (số 2 & số 4) có Pđm=7 kW ta cũng chọn giống CC1 & CC2. + Cầu chì CC5, CC6 bảo vệ cho 2 máy tiện ren (số 3) & CC7 bảo vệ cho máy phay vạn năng (số 7) có Pđm=4,5 kW. CC5 Idc ³ IđmĐ= Idc ³ ị chọn cầu chì có Idc=30A. + Cầu chì CC8 bảo vệ máy bào ngang (số 8) có Pđm=5,8 kW: Idc ³ IđmĐ= Idc ³ ị chọn cầu chì có Idc=30A. + Cầu chì CC9 bảo vệ máy mài phẳng (số 10) có Pđm=4 kW: Idc ³ IđmĐ= Idc ³ ị chọn cầu chì có Icp=30A. + Cầu chì CC10 bảo vệ cho nhóm 3 động cơ (số 5, 6 &7) có Pđm5=2,8kW; Pđm6=4,5kW; Pđm7=2,8kW. Dễ thấy động cơ số 6 trong nhóm máy này có dòng mở máy lớn nhất nếu coi các động cơ có hệ số mở máy là như nhau. Ta lần lượt kiểm tra các điều kiện: CCT Idc ³ Ilv nhóm= Idc ³ ị chọn cầu chì CC10 có Icp=30A. + Cầu chì tổng của nhóm 1 (CCT1): Idc ³ Ilv nhóm =48,68A Idc ³ Chọn vượt ít nhất hai cấp so với Idc của cầu chì nhánh lớn nhất ị Ta chọn Idc của cầu chì tổng ở tủ ĐL1 là: Idc=200A. Các tủ cấp cho nhóm máy khác chọn tương tự, kết quả ghi vào bảng: Chọn cáp từ các TĐL đến từng động cơ hoặc nhóm động cơ. Tất cả các dây dẫn trong xưởng đều dùng dây bọc do LENS chế tạo, và đặt trong ống thép. Trung bình số dây dẫn đặt trong rãnh là 3á5 sợi nên lấy k2=0,87. Chọn dây cho nhóm 1: + Chọn dây từ tủ ĐL1 đến máy tiện ren P=7kW. K1.k2.Icp³ IttĐ=Iđm=17,7A ị Icp= K1.k2.Icp ³ ị Icp > 14,8A Kết hợp hai điều kiện trên ta chọn dây cáp 4 lõi tiết diện F=15mm2 , loại 4G 1,5 có Icp=31A (với điều kiện trong nhà). Không cần kiểm tra các điều kiện ngắn mạch, tổn thấtẳẳ + Chọn dây từ ĐL1 đến máy có P=4,5kW. K1.k2.Icp³ IttĐ=Iđm=11,39A ị Icp= K1.k2.Icp ³ ị Icp > 11,11A ị chọn loại 4G 1,5 có Icp=31A. + Dây từ ĐL1 đến các động cơ khác đều có công suất bằng hoặc bé hơn 7kW, nên tất cả đều chọn dây 1,5mm2 (4G 1,5). Các nhóm khác chọn tương tự, kết quả ghi vào bảng 3.12. Tính toán ngắn mạch & kiểm tra cáp và áptômát đã chọn. Do xưởng đặt sát trạm biến áp (SđmB=400kVA) nên cần thiết tính toán kiểm tra ngắn mạch hạ áp đoạn từ thanh cái hạ áp MBA đến thanh cái TPP của trạm. Trong tính toán ngắn mạch mạng hạ áp ta coi MBA là nguồn, nên sơ đồ thay thế tính ngắn mạch như sau: N1 RB XB RCT XCT RA XA RTG XTG Vì phía sau thanh cái TPP trở đi đã là quá xa nguồn, nên dòng ngắn mạch rất nhỏ (do tổng trở phía sau rất lớn) nên ta không cần kiểm tra ngắn mạch phía sau TPP. Tra bảng, với TBA của PXSCCK dùng MBA 400kVA-22/0,4kV của ABB ta được: DP0=840W=0,84kW; DPN=5750W=5,75kW; UN%=4. ị Cáp tổng chọn loại 95mm2 (3´95-50) có r0=0,193W/km; với l=6m thì RCT=1,158mW. áptômát 600A có điện trở tiếp xúc r=0,25mW. Các đại lượng này rất nhỏ so với ZB của máy biến áp 400kVA, vậy ta không cần kể đến khi tính toán ngắn mạch. Do vậy: So sánh với các thông số kỹ thuật của áptômát và cáp đã chọn ta thấy chúng đều thoả mãn cả điều kiện làm việc ổn định lâu dài lẫn trường hợp có sự cố ngắn mạch. Kiểm tra thanh cái đã chọn theo ổn định động và nhiệt dòng ngắn mạch như sau: Ftt=1,76.10-2.36,3=3,4kG Vậy thanh cái chọn cũng thoả mãn điều kiện ngắn mạch. Tên máy Phụ tải Dây dẫn Cầu chì PđmĐ,kW IđmĐ,A Mã hiệu Tiết diện Đường kính ống thép Mã hiệu Ivỏ/Idc,A 1 2 3 4 5 6 7 8 Nhóm 1 Máy tiện ren 7 17.7 4G 1,5 1,5 3/4" PH - 2 100/40 Máy tiện ren 7 17.7 4G 1,5 1,5 3/4" PH - 2 100/40 Máy tiện ren 4.5 11.39 4G 1,5 1,5 3/4" 100/30 Máy tiện ren 7 17.7 4G 1,5 1,5 3/4" 100/40 Máy khoan đứng 2.8 7.1 4G 1,5 1,5 3/4" 100/30 Máy khoan đứng 4.5 11.39 4G 1,5 1,5 3/4" Máy mài tròn vạn năng 2.8 7.1 4G 1,5 1,5 3/4" Máy phay vạn năng 4.5 11.39 4G 1,5 1,5 3/4" 100/30 Máy bào ngang 5.8 14.68 4G 1,5 1,5 3/4" 100/30 Máy mài phẳng 4 10.13 4G 1,5 1,5 3/4" 100/30 CCT1 200/100 Nhóm 2 Máy tiện ren 10 25.3 4G 1,5 1,5 3/4" 100/60 Máy tiện ren 10 25.3 4G 1,5 1,5 3/4" 100/60 Máy tiện ren 10 25.3 4G 1,5 1,5 3/4" 100/60 Máy tiện ren 10 25.3 4G 1,5 1,5 3/4" 100/60 Máy doa ngang 4.5 11.39 4G 1,5 1,5 3/4" 100/30 Máy mài sắc 2.8 7.1 4G 1,5 1,5 3/4" 100/20 Máy giũa 1 2.53 4G 1,5 1,5 3/4" 100/10 Máy mài dao 4.5 11.39 4G 1,5 1,5 3/4" 100/30 CCT2 200/125 Nhóm 3 Máy tiện ren 7 17.7 4G 1,5 1,5 3/4" 100/40 Máy tiện ren 7 17.7 4G 1,5 1,5 3/4" 100/40 Máy tiện ren 7 17.7 4G 1,5 1,5 3/4" 100/40 Máy tiện ren 7 17.7 4G 1,5 1,5 3/4" 100/40 Máy phay chép hình 0.6 1.52 4G 1,5 1,5 3/4" 100/4 Máy mài tròn 4.5 11.39 4G 1,5 1,5 3/4" 100/30 Máy mài phẳng 2.8 7.1 4G 1,5 1,5 3/4" 100/20 Máy mài sắc 2.8 7.1 4G 1,5 1,5 3/4" 100/20 Máy khoan để bàn 0.65 1.64 4G 1,5 1,5 3/4" 100/4 CCT3 200/100 Nhóm 4 Máy phay vạn năng 7 17.7 4G 1,5 1,5 3/4" 100/40 Máy phay vạn năng 7 17.7 4G 1,5 1,5 3/4" 100/40 Máy phay chép hình 5.62 14.23 4G 1,5 1,5 3/4" 100/30 Phay chép hình 3 7.6 4G 1,5 1,5 3/4" 100/20 Máy bào ngang 7 17.7 4G 1,5 1,5 3/4" 100/40 Máy bào ngang 7 17.7 4G 1,5 1,5 3/4" 100/40 Máy bào giường một trục 10 25.32 4G 1,5 1,5 3/4" 100/40 Máy xọc 4.5 11.39 4G 1,5 1,5 3/4" 100/30 Máy phay ngang 4.5 11.39 4G 1,5 1,5 3/4" 100/50 Máy khoan hướng tâm 7 17.7 4G 1,5 1,5 3/4" Máy khoan đứng 4.5 11.39 4G 1,5 1,5 3/4" 100/30 CCT4 200/125 Nhóm 5 Máy doa toạ độ 7 17.7 4G 1,5 1,5 3/4" 100/40 Máy phay đứng 9 11.39 4G 1,5 1,5 3/4" 100/30 Máy phay chép hình 1.7 4.3 4G 1,5 1,5 3/4" 100/10 Máy mài tròn vạn năng 2.8 7.1 4G 1,5 1,5 3/4" 100/20 Máy mài phẳng có trục đứng 10 25.32 4G 1,5 1,5 3/4" 100/60 Máy ép thuỷ lực 4.5 11.39 4G 1,5 1,5 3/4" 100/30 Máy cưa 4.5 11.39 4G 1,5 1,5 3/4" 100/30 Máy mài hai phía 5.6 7.1 4G 1,5 1,5 3/4" 100/30 Máy khoan bàn 1.3 1.64 4G 1,5 1,5 3/4" CCT5 200/125 Chương IV Thiết kế bù công suất phản kháng nâng cao cosj ỹ nghĩa của việc bù cosj. Tổn thất trong mạng xí nghiệp chiếm tới 64% tổng số tổn thất điện năng toàn hệ thống. Lí do là mạng xí nghiệp thường dùng điện áp tương đối thấp lại phân tán. Vì vậy việc thực hiện tiết kiệm điện trong các xí nghiệp công nghiệp có ỹ nghĩa rất quan trọng không những cho bản thân doanh nghiệp mà còn có lợi chung cho nền KTQD. Hệ số cosj là một chỉ tiêu để đánh giá xí nghiệp dùng điện có hợp lí và tiết kiệm điện không. Hệ số cosj ở các nhà máy của ta còn thấp (0,6á0,8), vì vậy cần phải nâng cao cosj. Các xí nghiệp công nghiệp dùng các thiết bị tiêu thụ nhiều công suất phản kháng Q, như các động cơ KĐB, MBA ẳDo công suất phản kháng không sinh công mà chỉ làm nhiệm vụ từ hoá trong các máy điện. Mặt khác, công suất cung cấp cho các hộ dùng điện không nhất thiết phải lấy từ nguồn (Máy phát điện). Vì vậy để tránh truyền tải một lượng Q khá lớn trên đường dây, người ta thực hiện bù công suất phản kháng ở gần hộ dùng điện. Làm như vậy sẽ nâng cao được hệ số cosj, vì giảm được lượng Q truyền tải. Nâng cao cosj đưa đến nhiều hiệu quả: Giảm được tổn thất điện áp (DU) trong mạng điện: Giảm được tổn thất công suất (DS)và tổn thất điện năng (DA) trong mạng điện: Tăng khả năng truyền tải của đường dây và MBA. Vì khả năng truyền tải của đường dây và MBA phụ thuộc vào dòng điện cho phép của chúng. Ngoài ra còn giảm được chi phí vận hành, ổn định điện áp, tăng khả năng phát điện của máy phát. Vạch phương án bù cosj cho nhà máy sửa chữa cơ khí. Để nâng cao hệ số cosj có thể sử dụng các biện pháp nâng cao hệ số cosj tự nhiên. Sau khi đã áp dụng phương pháp này mà hệ số cosj của xí nghiệp chưa đạt yêu cầu (lên tới 0,95) thì buộc phải dùng tụ để bù. Đối với nhà máy sản xuất máy kéo có công suất khá lớn, lại phân tán trên mặt bằng rộng lớn, số lượng các phân xưởng nhiều, các thiết bị máy móc có số lượng lớn nên việc thực hiện bù tại cáo động cơ hay tại tủ động lực phân xưởng là không kinh tế. Trong tính toán sơ bộ, vì thiếu các số liệu của mạng điện các phân xưởng, nên để nâng cao hệ số cosj toàn xí nghiệp có thể coi như các tủ bù được đặt tập chung tại thanh cái hạ áp của trạm biến áp phân xưởng. Thiết kế bù cosj. Ta cần thiết kế các bộ tụ bù để nâng cosj của xí nghiệp từ 0,75 lên 0,95. Ta có: P=4535kW; cosj1=0,75 ị tgj1=0,88; cosj2=0,95 ị tgj2=0,33. Qb=P.(tgj1-tgj2)=4535.(0,88-0,33)=2500 kVAr. Sơ đồ thay thế mạng cao áp nhà máy dùng để tính toán công suất bù tại thanh cái các trạm BAPX. PPTT Rc1 Rc9 RB9 RB1 Số liệu tính toán các trạm biến áp phân xưởng. Tên trạm Stt, kVA SđmB, kVA Số máy RB, W B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 235+j235 567+j744 627+j827 980+j600 1374+j843 435+j567 612+j372 390+j390 454+j338 400 800 800 1000 1600 630 630 400 400 1 2 2 2 2 2 2 2 2 17,2 4 4 3,1 2 5 5 8,6 8,6 Kết quả tính toán địên trở các nhánh: Thứ tự Tên nhánh RB, W RC, W R=RB+RC, W 1 2 3 4 5 6 7 8 9 PPTT-B1 PPTT-B2 PPTT-B3 PPTT-B4 PPTT-B5 PPTT-B6 PPTT-B7 PPTT-B8 PPTT-B9 17,2 4 4 3,1 2 5 5 8,6 8,6 0,06 0,043 0,033 0,025 0,013 0,027 0,01 0,017 0,017 17,26 4,043 4,033 3,125 2,013 5,027 5,01 8,617 8,617 Điện trở tương đương toàn mạng cao áp: áp dụng công thức xác định được dung lượng bù tại thanh cái các trạm BAPX như sau: Đối với trạm biến áp 2 máy, vì phía 0,4kV dùng thanh cái phân đoạn, nên dung lượng bù được phân đều cho hai nửa thanh cái. Chọn dùng các loại tủ điện bù 0,38kV của Liên Xô (cũ) chế tạo. Kết quả tính toán và đặt tủ bù cosj tại các trạm BAPX: Tên trạm Qbtt,kVAr Loại tủ bù Số pha Qđm, kVAr Số lượng B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 190 566 650 370 480 420 230 300 250 KC2-0,38-50-3Y3 KC2-0,38-50-3Y3 KC2-0,38-50-3Y3 KC2-0,38-50-3Y3 KC2-0,38-50-3Y3 KC2-0,38-50-3Y3 KC2-0,38-40-3Y1 KC2-0,38-50-3Y3 KC2-0,38-40-3Y1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 50 50 50 50 50 50 40 50 40 4 12 14 8 10 8 6 6 6 Sơ đồ lắp đặt tủ bù cosj cho trạm một máy (B1). Tủ áptômát tổng Tủ PP cho các px Tủ bù cosj 4´50kVAr Sơ đồ lắp đặt cho tủ bù của trạm hai máy B2 (Các trạm khác lắp tương tự). Tủ áptômát tổng Tủ PP cho các px Tủ bù cosj 6´50kVAr Tủ ALL Tủ bù cosj 6´50kVAr TPP cho px Tủ áptômát tổng