Đồ án Tìm hiểu thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy cơ khí trung quy mô số 2

Lời nói đầu Trong sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước, công nghiệp điện giữ một vai trò đặc biệt quan trọng. Bởi vì, công nghiệp điện là ngành có liên quan chặt chẽ đến hầu hết các ngành kinh tế quốc dân, làm tăng năng suất lao động, tạo nên sự phát triển nhịp nhàng trong nền kinh tế. Chính vì vậy, khi xây dựng một nhà máy, khu dân cư hay một thành phố mới ... thì việc đầu tiên là phải xây dựng một hệ thống cung cấp điện để phục vụ cho nhu cầu sản xuất và sinh hoạt của nơi đó. Đất nước ta đang trên con đường công nghiệp hoá - hiện đại hoá, đẩy mạnh sự phát triển công nghiệp, mở rộng những nhà máy công suất lớn, công nghệ hiện đại. Điều này có ý nghĩa lớn trong việc thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy hay xí nghiệp công nghiệp để đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật. Với những kiến thức đã được học tập, nghiên cứu trong nhà trường, trước khi tốt nghiệp em được giao đồ án với đề tài: "Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy cơ khí trung quy mô số 2". Đồ án tốt nghiệp này sẽ là một sự tập dượt rất quý cho em trước khi bước vào thực tế. Sau một thời gian làm đồ án, với nổ lực của bản thân, đồng thời với sự hướng dẫn giúp đỡ của các thầy cô giáo trong bộ môn, đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của cô giáo Nguyễn Thị Hồng Hải, đến nay em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình. Song với kiến thức còn hạn chế, cùng với đề tài thiết kế hệ thống cung cấp điện là tương đối khó và phức tạp, đòi hỏi phải có nhiều kinh nghiệm và chuyên môn cao nên trong quá trình thiết kế em không tránh khỏi những sai sót.Vì vậy, em mong được sự nhận xét góp ý của các thầy cô giáo. Em xin chân thành cảm ơn cô giáo Nguyễn Thị Hồng Hải cùng toàn thể thầy cô giáo trong bộ môn đã hướng dẫn em hoàn thành tốt đồ án này. Hà Nội, ngày 25 tháng 8 năm 2005. Sinh viên Lê Cao Cảnh Phần I: Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy cơ khí Chương 1 Giới thiệu chung về nhà máy cơ khí Ngành cơ khí chế tạo máy đã từ lâu là một trong những ngành then chốt của nền kinh tế quốc dân. Với nhiệm vụ sửa chữa, sản xuất phụ tùng thay thế chế tạo các máy công cụ, máy móc cơ giới... đáp ứng nhu cầu của sự phát triển kinh tế. Các nhà máy cơ khí chiếm một số lượng lớn và phân bố rộng rãi trên khắp đất nước ta. Ngày nay, cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp khác, cơ khí chế tạo máy cũng không ngừng phát triển cả về số lượng và chất lượng. Nhà máy cơ khí trung quy mô là nhà máy thuộc ngành cơ khí chế tạo máy. Nhà máy có tổng diện tích khoảng 16 000m2 với 9 phân xưởng và ban quản lý nhà máy có công suất đặt cho trong bảng 1-1. Bảng 1-1: Tên và công suất đặt của các phân xưởng. Ký hiệu trên mặt bằng Tên phân xưởng Công suất đặt (kW) 1 Phân xưởng kết cấu kim loại 2500 2 Phân xưởng lắp ráp cơ khí 2200 3 Phân xưởng đúc 1800 4 Phân xưởng nén khí 800 5 Phân xưởng rèn 1600 6 Trạm bơm 450 7 Phân xưởng sửa chữa cơ khí Theo tính toán 8 Phân xưởng gia công gỗ 400 9 Ban quản lý nhà máy 120 10 Chiếu sáng phân xưởng Xác định theo diện tích Dây chuyền công nghệ sản xuất của nhà máy: Mộc mẫu Khí nén Đúc Rèn Nguyên liệu Gia công cắt gọt Nhiệt luyện Lắp ráp Kiểm tra Sản phẩm Giai đoạn đầu tiên của quy trình công nghệ là tạo phôi. Kim loại được đưa vào nấu chảy và đúc phôi, giai đoạn này thường sử dụng các lò nấu kim loại đốt bằng than hoặc lò điện trở, lò hồ quang, lò trung tần. Sau khi đúc xong thì phôi được làm sạch, cắt bỏ phần thừa và đưa sang bộ phận rèn dập, một phần sau khi đúc đưa sang gia công cắt gọt kim loại để gia công thành các chi tiết máy, ở quá trình này có rất nhiều máy công cụ như tiện, phay, bào mài ... với các công suất khác nhau, có thể làm việc độc lập có thể làm việc theo dây chuyền. Các chi tiết máy được hoàn thiện đưa sang quy trình lắp ráp. Một số chi tiết máy chịu mài mòn như bánh răng, trục máy ... sau khi gia công cắt gọt còn phải gia công nhiệt luyện như tôi, ram, ủ, công đoạn này thường dùng các lò tôi, ram, lò cao tần ... Lắp ráp là quá trình cuối cùng của dây chuyền sản xuất, ở giai đoạn này các chi tiết máy được lắp ráp thành khối và thành máy hoàn chỉnh. Nhà máy được xây dựng mới với trình độ tự động hoá cao, một số máy làm việc theo dây chuyền và có công suất lớn. Nhà máy làm việc 3 ca, thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax = 4500h. Với những đặc điểm và tính chất sản xuất đó, nhà máy được xếp vào phụ tải loại 1. Nhà máy cần được cung cấp điện một cách liên tục và an toàn, đảm bảo chất lượng điện năng tốt. Sau đây là tổng mặt bằng của nhà máy, mặt bằng của phân xưởng sửa chữa cơ khí và phụ tải của phân xưởng sửa chữa cơ khí. Nhà máy số 2 M 1: 5000 Phụ tải điện của nhà máy cơ khí trung quy mô ( mặt bằng nhà máy số 2 ) Công suất đặt các phân xưởng. Ký hiệu trên mặt bằng Tên phân xưởng Công suất đặt (kW) 1 Phân xưởng kết cấu kim loại 2500 2 Phân xưởng lắp ráp cơ khí 2200 3 Phân xưởng đúc 1800 4 Phân xưởng nén khí 800 5 Phân xưởng rèn 1600 6 Trạm bơm 450 7 Phân xưởng sửa chữa cơ khí Theo tính toán 8 Phân xưởng gia công gỗ 400 9 Ban quản lý nhà máy 120 10 Chiếu sáng phân xưởng Xác định theo diện tích Bảng 1-2: Danh sách thiết bị phân xưởng sửa chữa cơ khí. TT Tên thiết bị Số lượng Nhãn hiệu Công suất Bộ phận dụng cụ 1 Máy tiện ren 2 IA616 7,0 2 Máy tiện ren 2 IA62 7,0 3 Máy tiện ren 2 IK62 10,0 4 Máy tiện ren cấp chính xác cao 1 IN6N 1,7 5 Máy doa toạ độ 1 2A450 2,0 6 Máy bào ngang 2 7M36 7,0 7 Máy xọc 1 7A420 2,8 8 Máy phay vạn năng 1 6N82 7,0 9 Máy phay ngang 1 6H82Π 7,0 10 Máy phay đứng 2 6H11 2,8 11 Máy mài trong 2 3A240 4,5 12 Máy mài phẳng 1 311NΠ 2,8 13 Máy mài tròn 1 3130 2,8 14 Máy khoan đứng 1 2A125 2,8 15 Máy khoan đứng 1 2135 4,5 16 Máy cắt mép 1 866A 4,5 17 Máy mài vạn năng 1 3A64 1,75 18 Máy mài dao cắt gọt 1 3818 0,65 19 Máy mài mũi khoan 1 36652 1,5 20 Máy mài sắc mũi phay 1 3667 1,0 21 Máy mài dao chuốt 1 360 0,65 22 Máy mài mũi khoét 1 3659 2,9 23 Thiết bị để hoá bền kim loại 1 ΠΠ -58 0,8 24 Máy giũa 1 2,2 25 Máy khoan bàn 2 HC125 0,65 26 Máy để mài tròn 1 1,2 27 Máy ép tay kiểu vít 1 28 Máy mài thô 1 3N634 2,8 29 Bản đánh dấu 1 30 Bàn thợ nguội 10 Bộ phận sửa chữa 31 Máy tiện ren 3 1616 4,5 32 Máy tiện ren 1 1A62 7,0 33 Máy tiện ren 1 1524M 7,0 34 Máy tiện ren 3 1Π63A 10,0 35 Máy tiện ren 1 163 14,0 36 Máy khoan đứng 2 2A135 4,5 37 Máy khoan hướng tâm 1 2A53 4,5 38 Máy bào ngang 1 7A35 2,8 39 Máy bào ngang 1 7A36 10,0 40 Máy mài phá 1 3M634 4,5 41 Bàn 8 42 Máy khoan bào 1 HCI2A 0,65 43 Máy biến áp hàn 1 CTĐ-24 24,6 Chương 2 Xác định phụ tải tính toán Khi thiết kế cung cấp điện cho một công trình (cụ thể là nhà máy ta đang thiết kế) thì nhiệm vụ đầu tiên của người thiết kế là phải xác định được nhu cầu điện của phụ tải công trình đó (hay là công suất đặt của nhà máy...). Tuỳ theo quy mô của công trình (hay của nhà máy...) mà phụ tải điện phải được xác định theo phụ tải thực tế hoặc còn phải kể đến khả năng phát triển trong tương lai. Cụ thể là muốn xác định phụ tải điện cho một xí nghiệp, nhà máy thì chủ yếu dựa vào các máy móc thực tế đặt trong các phân xưởng và xét tới khả năng phát triển của cả nhà máy trong tương lai (đối với xí nghiệp nhà máy công nghiệp thì chủ yếu là tương lai gần) còn đối với công trình có quy mô lớn (như thành phố, khu dân cư...) thì phụ tải phải kể đến tương lai xa. Như vậy, việc xác định nhu cầu điện là giải bài toán dự báo phụ tải ngắn hạn (đối với các xí nghiệp, nhà máy công nghiệp) còn dự báo phụ tải dài hạn (đối với thành phố, khu vực...). Nhưng ở đây ta chỉ xét đến dự báo phụ tải ngắn hạn vì nó liên quan trực tiếp đến công việc thiết kế cung cấp điện nhà máy ta. Dự báo phụ tải ngắn hạn là xác định phụ tải của công trình ngay sau khi công trình đi vào sử dụng. Phụ tải này thường được gọi là phụ tải tính toán. Người thiết kế cần phải biết phụ tải tính toán để chọn các thiết bị điện như: máy biến áp, dây dẫn, các thiết bị đóng, cắt, bảo vệ... để tính các tổn thất công suất, tổn thất điện áp, để lựa chọn các thiết bị bù... Chính vì vậy, phụ tải tính toán là một số liệu quan trọng để thiết kế cung cấp điện. Phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: công suất và số lượng các thiết bị điện, chế độ vận hành của chúng, quy trình công nghệ của mỗi nhà máy, xí nghiệp, trình độ vận hành của công nhân v.v... Vì vậy, xác định chính xác phụ tải tính toán là một nhiệm vụ khó khăn nhưng lại rất quan trọng. Bởi vì, nếu phụ tải tính toán được xác định nhỏ hơn phụ tải thực tế thì sẽ làm giảm tuổi thọ của các thiết bị điện, có khả năng dẫn đến đến cháy nổ rất nguy hiểm. Nếu phụ tải tính toán lớn hơn phụ tải thực tế nhiều thì các thiết bị điện được chọn sẽ quá lớn so với yêu cầu, gây lãng phí và không kinh tế. Do tính chất quan trọng như vậy, nên đã có nhiều công trình nghiên cứu và có nhiều phương pháp tính toán phụ tải điện. Nhưng vì phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đã trình bày ở trên và sự biến động theo thời gian nên thực tế chưa có phương pháp nào tính toán chính xác và tiện lợi phụ tải điện. Nhưng hiện nay đang áp dụng một số phương pháp sau để xác định phụ tải tính toán: + Phương pháp tính theo công suất đặt và hệ số nhu cầu. + Phương pháp tính theo hệ số cực đại và công suất trung bình. + Phương pháp tính theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm. + Phương pháp tính theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất. Trong quá trình chuẩn bị thiết kế thì tuỳ theo quy mô, đặc điểm của công trình (nhà máy, xí nghiệp...) tuỳ theo giai đoạn thiết kế là sơ bộ hay kỹ thuật thi công mà chọn phương pháp tính toán phụ tải cho thích hợp. Sau đây sẽ trình bày một số đại lượng, hệ số tính toán và các phương pháp tính phụ tải tính toán. I. Các đại lượng cơ bản và các hệ số tính toán 1. Công suất định mức Pđm: Công suất đinh mức của các thiết bị tiêu thụ điện thường được các nhà chế tạo ghi sẵn trên nhãn hiệu máy hoặc trong các lý lịch máy. Đối với động cơ, công suất định mức ghi trên nhãn hiệu máy chính là công suất cơ trên trục động cơ. Công suất đặt là công suất đầu vào của động cơ, vậy công suất đặt trên trục động cơ được tính như sau: Pđ = (2.1) Trong đó: Pđ : Công suất đặt của động cơ (kW). Pđm : Công suất định mức của động cơ (kW). ηdc : Hiệu suất định mức của động cơ. Trên thực tế, hiệu suất của động cơ tương đối cao (ηdc= 0,85ữ0,95) nên ta có thể xem Pđ Pđm. - Đối với các thiết bị chiếu sáng: Công suất đặt là công suất được ghi trên đèn. Công suất này bằng công suất tiêu thụ của đèn khi điện áp trên mạng điện là định mức. - Đối với các thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại (như cầu trục, máy hàn v.v...) khi tính toán phụ tải điện của chúng, ta phải quy đổi về công suất định mức ở chế độ làm việc dài hạn. Có nghĩa là quy đổi về chế độ làm việc có hệ số tiếp điện ε% = 100%. Công thức quy đổi như sau: + Đối với động cơ: P'đm = Pđm. (2.2) + Đối với máy biến áp hàn: P'đm = Sđm.cos. (2.3) Trong đó: P'đm là công suất định mức đã quy đổi về chế độ làm việc dài hạn. 2. Phụ tải trung bình Ptb: Phụ tải trung bình là một đặc trưng tĩnh của phụ tải trong một khoảng thời gian nào đó. Tổng phụ tải trung bình của các thiết bị cho ta căn cứ để đánh giá giới hạn dưới của phụ tải tính toán. Trong thực tế, phụ tải trung bình được tính toán theo công thức sau: ptb = ; qtb = (2.4) Trong đó: ,: Điện năng tiêu thụ trong khoảng thời gian khảo sát, kW, kVAr. t: thời gian khảo sát, h. * Phụ tải trung bình cho cả nhóm thiết bị: Ptb = ; Qtb = (2.5) Biết được phụ tải trung bình ta có thể đánh giá được mức độ sử dụng thiết bị, xác định phụ tải tính toán và tính tổn hao điện năng. 3. Phụ tải cực đại Pmax: Phụ tải cực đại là phụ tải trung bình lớn nhất được tính trong khoảng thời gian tương đối ngắn (từ 5ữ30 phút). Thông thường lấy thời gian là 30 phút ứng với ca làm việc có phụ tải lớn nhất trong ngày. Phụ tải cực đại để tính tổn thất công suất lớn nhất, để chọn các thiết bị điện, các dây dẫn và dây cáp theo mật độ kinh tế. 4. Phụ tải đỉnh nhọn: Phụ tải đỉnh nhọn (Pđnh) là phụ tải cực đại xuất hiện trong khoảng thời gian rất ngắn (1á 2s). Thường xảy ra khi mở máy động cơ. Phụ tải này được dùng để kiểm tra độ dao động điện áp, điều kiện tự khởi động động cơ, chọn dây chảy cầu chì, tính dòng khởi động của rơle bảo vệ. Phụ tải đỉnh nhọn còn làm ảnh hưởng đến sự làm việc của các thiết bị khác trong cùng một mạng điện. 5. Phụ tải tính toán Ptt: Phụ tải tính toán được tính theo điều kiện phát nóng cho phép, là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi của các phần tử trong hệ thống cung cấp điện (máy biến áp, đường dây) tương đương với phụ tải thực tế biến đổi theo điều kiện tác dụng lớn nhất. Nói cách khác phụ tải tính toán cũng làm nóng dây dẫn lên tới nhiệt độ lớn nhất do phụ tải thực tế gây ra. Do vậy để đảm bảo an toàn trong mọi trạng thái vận hành, trong thực tế thiết kế ta chỉ sử dụng phụ tải tính toán theo công suất tác dụng. Ptb Ptt Pmax 6. Hệ số sử dụng ksd: Hệ số sử dụng là tỉ số giữa phụ tải tác dụng trung bình với công suất định mức của thiết bị. + Đối với một thiết bị: ksd = (2.6) + Đối với nhóm thiết bị: ksd = = (2.7) Nếu có đồ thị phụ tải thì hệ số sử dụng được toán như sau: ksd = (2.8) Hệ số sử dụng nói lên mức độ sử dụng, mức độ khai thác công suất của thiết bị điện trong một chu kỳ làm việc và là số liệu để tính phụ tải tính toán. 7. Hệ số phụ tải kPt: Hệ số phụ tải (còn gọi là hệ số mang tải) là tỉ số giữa công suất thực tế với công suất định mức. Thường ta phải xét đến hệ số phụ tải trong khoảng thời gian nào đó. Nên: kpt = = = (2.9) Nếu có đồ thị phụ tải thì hệ số sử dụng được tính như công thức (2.8) sau: kpt = Hệ số phụ tải nói lên mức độ sử dụng, mức độ khai thác công suất của thiết bị điện trong khoảng thời gian đang xét. 8. Hệ số cực đại kmax: Hệ số cực đại là tỉ số giữa phụ tải tính toán và phụ tải trung bình trong khoảng thời gian đang xét: kmax = (2.10) Hệ số cực đại phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chủ yếu là số thiết bị hiệu quả nhq và hệ số sử dụng ksd và hàng loạt các yếu tố đặc trưng cho chế độ làm việc của các thiết bị trong nhóm làm rất phức tạp nên khi tính toán thường tra theo đường cong: kmax = f(nhq, ksd). 9. Hệ số nhu cầu knc: Hệ số nhu cầu là tỉ số giữa phụ tải tính toán và công suất định mức. knc = =. = kmax.ksd (2.11) Hệ số nhu cầu thường được dùng tính cho phụ tải tác dụng. Trong thực tế hệ số nhu cầu thường do kinh nghiệm vận hành tổng kết lại. 10. Hệ số thiết bị hiệu quả nhq: Hệ số thiết bị hiệu quả là số thiết bị giả thiết có cùng công suất và chế độ làm việc. Chúng đòi hỏi phụ tải bằng phụ tải tính toán của nhóm phụ tải thực tế (gồm các thiết bị có chế độ làm việc khác nhau): nhq = (2.12) Khi số thiết bị dùng điện trong nhóm lớn hơn 5 (n >5), thì tính nhq theo công thức trên khá phức tạp nên người ta tìm nhq theo bảng hoặc đường cong. Trình tự tính như sau: Trước hết tính: n* =; P* = (2.13) Trong đó: n: Số thiết bị trong nhóm. n1: Số thiết bị có công suất không nhỏ hơn một nữa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm. P, P1 là tổng công suất ứng với n và n1 thiết bị. Sau khi tính được n* và P* tra bảng hoặc đường cong tìm được n*hq, từ đó tính nhq theo công thưc sau: nhq = n.n*hq (2.14) Số thiết bị hiệu quả là một trong những số liệu quan trọng để xác định phụ tải tính toán.  II. Các phương pháp tính phụ tải tính toán. Hiện nay, có nhiều phương pháp để tính phụ tải tính toán. Những phương pháp đơn giản, tính toán thuận tiện thường kết quả không chính xác. Ngược lại, nếu độ chính xác được nâng cao thì phương pháp tính phức tạp. Vì vậy tuỳ theo giai đoạn thiết kế, tuỳ theo yêu cầu cụ thể mà chọn phương pháp tính cho thích hợp, sau đây là một số phương pháp xác định phụ tải tính toán thường dùng nhất. 1. Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu: Công thức tính: Ptt =knc. (2.13) Qtt = Ptt.tg (2.14) Stt = = (2.15) Một cách gần đúng có thể lấy Pđ = Pđm nên: Ptt = knc. (2.16) Trong đó: Pđi, Pđmi : Công suất đặt, công suất định mức của thiết bị thứ i (kW). Ptt, Qtt, Stt : Công suất tác dụng, công suất phản kháng, công suất toàn phần tính toán của nhóm có n thiết bị, (kW, kVAr, kVA). n : Số thiết bị trong nhóm. knc: Hệ số nhu cầu, tra ở sổ tay kỹ thuật. tg: ứng với cos đặc trưng cho nhóm thiết bị, tra ở sổ tay kỹ thuật. Nếu hệ số công suất cos của các thiết bị trong nhóm không giống nhau thì phải tính hệ số công suất trung bình theo công thức sau: (2.17) Hệ số nhu cầu của các máy khác nhau thường được cho trong các sổ tay. ỉ. Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, tính toán thuận tiện. Tuy nhiên, nhược điểm chủ yếu của phương pháp này là độ chính xác không cao. Bởi vì hệ số nhu cầu knc tra trong các sổ tay là cố định cho trước không phụ thuộc vào chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm. Trong lúc đó, theo công thức trên ta có knc = kmax.ksd, có nghĩa là hệ số nhu cầu phụ thuộc nhiều yếu tố kể trên. 2. Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích. Công thức tính: Ptt = p0.F (2.18) Trong đó: p0: Suất phụ tải trên 1m2 đơn vị diện tích sản xuất (kW/m2). F : Diện tích sản xuất (m2). Giá trị p0 được cho sẵn trong bảng, phụ thuộc vào tính chất của phụ tải phân tích theo số liệu thống kê. ỉ. Phương pháp này chỉ cho kết quả gần đúng. Nó được dùng để tính các phụ tải, các phân xưởng có mật độ máy móc sản xuất phân bố tương đối đều nên chỉ áp dụng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ. 3. Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm. Công thức tính: Ptt = (2.19) Trong đó: M: Số đơn vị sản phẩm sản xuất ra trong 1 năm (sản lượng). : Suất tiêu hao điện năng cho 1 đơn vị sản phẩm (kWh/đơn vị sản phẩm). Tmax: Thời gian sử dụng công suất lớn nhất (h). ỉ. Phương pháp này thường dùng để tính toán cho các thiết bị điện có đồ thị phụ tải ít biến đổi hay không thay đổi như: quạt gió, máy nén khí... khi đó phụ tải tính toán gần bằng phụ tải trung bình và kết quả tương đối chính xác. 4. Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại và công suất trung bình.(phương pháp số thiết bị hiệu quả): Khi không có các số liệu cần thiết để áp dụng các phương pháp tương đối đơn giản đã nêu ở trên hoặc khi cần nâng cao độ chính xác của phụ tải tính toán thì nên dùng phương pháp này. Công thức tính: Ptt = kmax.ksd.Pđm (2.20) Trong đó: Pđm: Công suất định mức (kW). ksd : Hệ số sử dụng, tra trong sổ tay kỹ thuật. kmax: Hệ số cực đại, tra trong sổ tay kỹ thuật theo quan hệ: kmax = f(nhq, ksd). ỉ. Phương pháp này cho kết quả tương đối chính xác vì khi xác định số thiết bị hiệu quả nhq, chúng ta đã xét tới hàng loạt các yếu tố quan trọng như ảnh hưởng của số lượng thiết bị trong nhóm, số thiết bị có công suất lớn nhất cũng như sự khác nhau về chế độ làm việc của chúng. Trình tự tính toán như sau: + Trước tiên dựa vào sổ tay tra các số liệu ksd, cos của nhóm, sau đó từ số liệu đã cho xác định Pđmmax và Pđmmin. Tính: m = (2.21) Trong đó: Pdmmax: Công suất định mức của thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm. Pdmmin: Công suất định mức của thiết bị có công suất nhỏ nhất trong nhóm. + Sau đó kiểm tra điều kiện: a. Trường hợp : và thì nhq = n. Chú ý, nếu trong nhóm có n1 thiết bị mà tổng công suất của chúng không lớn hơn 5% tổng công suất của cả nhóm thì: nhq = n - n1. b. Trường hợp : và , nhq sẽ được xác định theo biểu thức: nhq = (2.22) c. Khi không áp dụng được các trường hợp trên, việc xác định nhq phải được tiến hành theo trình tự: Trước hết tính: n* =; P* = Trong đó: n: Số thiết bị trong nhóm. n1: Số thiết bị có công suất không nhỏ hơn một nửa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất. P và P1: Tổng công suất của n và của n1 thiết bị. Sau khi tính được n* và P* tra theo sổ tay kỹ thuật ta tìm được n*hq = f(n*, P*) PL1.4 (TL1). Từ đó xác định được số thiết bị hiệu quả: nhq = n*hq.n. * Tra bảng kmax = f(ksd, nhq) PL1.5 (TL1). Thay các số liệu trên vào công thức: Ptt = kmax.ksd.Pđm, ta sẽ suy ra được Ptt, Qtt, Stt. Khi xác định phụ tải tính toán theo phương pháp số thiết bị dùng điện hiệu quả nhq, trong một số trường hợp cụ thể có thể dùng các công thức gần đúng sau: * Nếu và , thì phụ tải tính toán được tính theo công thức: Ptt = ( 2.23) Đối với thiết bị làm việc với chế độ ngắn hạn lặp lại thì: Ptt = (2.24) * Nếu và , thì phụ tải tính toán được tính theo công thức: Ptt = (2.25) Trong đó: kpti: Hệ số phụ tải của thiết bị thứ i. Nếu không có số liệu chính xác, hệ số phụ tải có thể lấy gần đúng: kpt = 0,9 đối với các thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn. kpt = 0,75 đối với các thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. * Nếu nhq > 300 và ksd < 0,5 thì: kmax sẽ lấy giá trị ứng với nhq = 300 * Nếu nhq > 300 và ksd 0,5 thì: Ptt = 1,05.ksd.Pđm (2.26) * Đối với thiết bị có đồ thị phụ tải bằng phẳng (các máy bơm, máy nén khí) thì phụ tải tính toán có thể lấy bằng phụ tải trung bình: Ptt = Ptb = ksd.Pđm (2.27) * Nếu trong mạng có các thiết bị một pha thì cần phải phân phối đều các thiết bị cho 3 pha của mạng, trước khi xác định nhq phải quy đổi công suất của các phụ tải 1 pha về phụ tải 3 pha tương đương: Nếu thiết bị 1 pha đấu vào điện áp pha của mạng: Pqđ = 3.P1pha max Nếu thiết bị 1 pha đấu vào điện áp dây của mạng: Pqđ = P1pha max 5. Hướng dẫn cách chọn các phương pháp xác định phụ tải tính toán. Tuỳ theo số liệu và đầu bài mà ta chọn phương pháp xác định phụ tải tính toán cho hợp lý. ỉ. Khi xác định phụ tải tính toán cho từng nhóm máy ở điện áp thấp (U < 1000 V) nên dùng phương pháp tính theo hệ số cực đại kmax (tức là phương pháp tính theo hệ số hiệu quả) bởi vì phương pháp này có kết quả tương đối chính xác. ỉ. Khi phụ tải phân bố tương đối đều trên diện tích sản xuất hoặc có số liệu chính xác suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm thì có thể dùng phương pháp suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm để tính phụ tải tính toán. Các phương pháp trên cũng thường được áp dụng cho giai đoạn tính toán sơ bộ để ước lượng phụ tải cho hộ tiêu thụ. ỉ. Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ thường cần phải đánh giá phụ tải chung của các hộ tiêu thụ (phân xưởng, xí nghiệp, khu vực, thành phố ...) trong trường hợp này nên dùng phương pháp hệ số nhu cầu knc. III. Xác định phụ tải tính toán cho phân xưởng sửa chữa cơ khí. 1. Phân nhóm phụ tải: Trong một phân xưởng thường có nhiều loại thiết bị có công suất và chế độ làm việc rất khác nhau, muốn xác định phụ tải tính toán được chính xác cần phải phân nhóm thiết bị điện. Việc phân nhóm thiết bị điện cần tuân theo các nguyên tắc sau: ỉ. Các thiết bị điện trong cùng một nhóm nên ở gần nhau để giảm chiều dài đường dây hạ áp nhờ vậy có thể tiết kiệm được vốn đầu tư và tổn thất trên các đường dây hạ áp trong phân xưởng. ỉ. Chế độ làm việc của các nhóm thiết bị trong cùng một nhóm nên giống nhau nhờ đó việc xác định phụ tải tính toán được chính xác hơn và thuận tiện cho việc lựa chọn phương thức cung cấp điện cho nhóm. ỉ. Tổng công suất các nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại tủ động lực cần dùng trong phân xưởng và toàn nhà máy. Số thiết bị trong cùng một nhóm không nên quá nhiều bởi số đầu ra của các tủ động lực không nhiều thường từ 8 đến 12 đầu ra. Tuy nhiên thường thì rất khó thoả mãn cùng một lúc cả 3 nguyên tắc trên, do vậy người thiết kế cần phải lựa chọn cách phân nhóm sao cho hợp lý nhất. Dựa vào bảng danh sách thiết bị, vị trí và chế độ làm việc của các thiết bị ta có thể chia các thiết bị trong phân xưởng thành 5 nhóm để từ đó xác định phụ tải tính toán cho từng nhóm thiết bị theo phương pháp hệ số cực đại kmax. 2. Xác định phụ tải tính toán của các nhóm phụ tải: a. Tính toán cho nhóm 1: Số liệu phụ tải của nhóm 1 cho trong bảng 2-1. Bảng 2-1 - Danh sách thiết bị thuộc nhóm 1. TT Tên thiết bị Số lượng Ký hiệu trên mặt bằng Pđm (kW) Iđm (A) Một máy Toàn bộ 1 Máy mài trong 1 11 4,5 4,5 11,4 2 Máy khoan đứng 1 14 2,8 2,8 7,09 3 Máy cắt mép 1 16 4,5 4,5 11,39 4 Máy mài vạn năng 1 17 1,75 1,75 4,43 5 Máy mài dao cắt gọt 1 18 0,65 0,65 1,64 6 Máy mài mũi khoan 1 19 1,5 1,5 3,8 7 Máy mài sắc mũi phay 1 20 1,0 1,0 2,53 8 Máy mài dao chuốt 1 21 0,65 0,65 1,64 9 Máy mài mũi khoét 1 22 2,9 2,9 7,34 10 Thiết bị để hoá bền KL 1 23 0,8 0,8 2,02 11 Máy khoan bàn 2 25 0,65 1,3 1,64 12 Máy để mài tròn 1 26 1,2 1,2 3,03 13 Máy mài thô 1 28 2,8 2,8 7,09 Tổng 14 26,35 Các thông số của nhóm thiết bị khu vực 1 cho trong bảng 2.1 Tra bảng PL1.1 (TL1) ta được : ksd = 0,2; cos = 0,6 suy ra tg = 1,33 Dòng điện định mức của mỗi máy được xác định: Iđm = (A) Phụ tải tính toán được xác định: Ptt = kmax.ksd.P Trong đó: P = = 26,35 (kW) Từ số liệu trong bảng 2.1 ta có: n = 14, n1 = 5 - Thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm là: Pmax = 4,5 (kW). - Thiết bị có công suất nhỏ nhất trong nhóm là: Pmin = 0,65 (kW). Nên tỉ số: m = = = 6,92 > 3 Tính n* và P*: n* = = = 0,357 P* = = = 0,664 Tra bảng PL1.4 (TL-1) ta có: n*hq = 0,68. Từ đó tìm được số thiết bị sử dụng hiệu quả là: nhq = 0,68.14 = 9,52 Tra bảng PL1.5 (TL1) với ksd = 0,2 và nhq = 9,52 có kmax = 1,87 Phụ tải tính toán của nhóm 1 là: + Công suất tác dụng tính toán: Ptt = ksd.kmax. = 0,2.1,87.26,35 = 9,855 (kW). + Công suất phản kháng tính toán: Qtt = Ptt.tg = 9,855.1,33 = 13,1 (kVAr). + Công suất toàn phần tính toán: Stt = Ptt / cos = 9,855 / 0,6 = 16,425 (kVA). + Dòng điện tính toán: Itt = = = 25 (A). b. Tính toán cho nhóm 2: Số liệu phụ tải của nhóm 2 cho trong bảng 2-2. Bảng 2-2 - Danh sách các thiết bị thuộc nhóm 2. TT Tên thiết bị Số lượng Ký hiệu trên mặt bằng Pđm (kW) Iđm (A) Một máy Toàn bộ 1 Máy tiện ren 2 1 7,0 14 17,72 2 Máy tiện ren 2 2 7,0 14 17,72 3 Máy tiện ren 2 3 10 20 25,32 4 Máy TR cấp C.xác cao 1 4 1,7 1,7 4,3 5 Máy doa toạ độ 1 5 2,0 2,0 5,06 6 Máy giũa 1 24 2,2 2,2 5,57 Tổng 9 53,9 Nhóm thiết bị khu vực 2 gồm 9 phụ tải có các thông số như bảng trên. Tra bảng PL1.1 (TL1) ta được: ksd = 0,2; cos= 0,6 suy ra tg= 1,33 Từ số liệu trong bảng 2-2 ta có : n = 9, n1 = 6 - Thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm là: Pmax = 10 (kW). - Thiết bị có công suất nhỏ nhất trong nhóm là: Pmin = 1,7 (kW). Nên tỉ số: m = = = 5,88 + Tìm n* và P*: n* = = = 0,66 P* = = = 0,89 Tra bảng PL1.4 (TL.1) ta có: n*hq = 0,81, từ đó tính được số thiết bị sử dụng hiệu quả là: nhq = 0,81.10 = 8,1 Tra bảng PL1.5 (TL1) với ksd = 0,2 và nhq = 8,1 có kmax = 1,99 Phụ tải tính toán của nhóm 2 là: + Công suất tác dụng tính toán: Ptt = ksd.kmax. = 0,2.1,99.53,9 = 21,45 (kW). + Công suất phản kháng tính toán: Qtt = Ptt.tg= 21,45.1,33 = 28,53 (kVAr). + Công suất toàn phần tính toán: Stt =Ptt / cos = 21,45 / 0,6 = 35,75 (kVA). + Dòng điện tính toán: Itt = = 54,3 (A). c. Tính toán phụ tải nhóm 3: Số liệu phụ tải của nhóm 3 cho trong bảng 2-3. Bảng 2-3: Danh sách các thiết bị thuộc nhóm 3. TT Tên thiết bị Số lượng Ký hiệu trên mặt bằng Pđm (kW) Iđm (A) Một máy Toàn bộ 1 Máy bào ngang 2 6 7,0 14 17,72 2 Máy xọc 1 7 2,8 2,8 7,09 3 Máy phay vạn năng 1 8 7,0 7,0 17,72 4 Máy phay ngang 1 9 7,0 7,0 17,72 5 Máy phay đứng 2 10 2,8 5,6 7,09 6 Máy mài trong 1 11 4,5 4,5 11,4 7 Máy mài phẳng 1 12 2,8 2,8 7,09 8 Máy mài tròn 1 13 2,8 2,8 7,09 9 Máy khoan đứng 1 15 4,5 4,5 11,4 Tổng 11 51 Tra bảng PL1.1 (TL1) ta được: ksd = 0,2, cos= 0,6 suy ra tg= 1,33 Từ số liệu trong bảng 2-3, ta có: n = 11; n1 = 6 - Thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm là: Pmax = 7,0 (kW). - Thiết bị có công suất nhỏ nhất trong nhóm là: Pmin = 2,8 (kW). Nên tỉ số: m == = 2,5 < 3 +Tìm n* và P*: n*== = 0,545 P* = = = 0,725 Tra bảng PL.1.4 (TL.1) ta tìm được n*hq = 0,87, từ đó tính được số thiết bị sử dụng hiệu quả là: nhq = n.n*hq = 11.0,87 = 9,57 Từ ksd và nhq tra bảng PL1.5 (TL.1) ta tìm được kmax = 1,87 Phụ tải tính toán của nhóm 3 là: + Công suất tác dụng tính toán: Ptt = ksd.kmax. = 0,2.1,87.51 = 19,07 (kW). + Công suất phản kháng tính toán: Qtt = Ptt.tg= 19,07.1,33 = 25,36 (kVAr). + Công suất toàn phần tính toán: Stt = Ptt / cos= 19,07 / 0,6 = 31,78 (kVA). + Dòng điện tính toán: Itt = = 48,3 (A).  d. Tính toán phụ tải nhóm 4: Số liệu phụ tải của nhóm 4 cho trong bảng 2- 4. Bảng 2- 4: Danh sách các thiết bị thuộc nhóm 4. TT Tên thiết bị Số lượng Ký hiệu trên mặt bằng Pđm (kW) Iđm (A) Một máy Toàn bộ 1 Máy tiện ren 3 31 4,5 13,5 11,4 2 Máy tiện ren 1 32 7,0 7,0 17,72 3 Máy tiện ren 1 33 7,0 7,0 17,72 4 Máy tiện ren 3 34 10 30 25,32 5 Máy tiện ren 1 35 14 14 35,45 Tổng 9 71,5 Tra bảng PL1.1 (TL1) ta được: ksd = 0,2; cos = 0,6 suy ra tg = 1,33 Từ số liệu trong bảng 2- 4, ta có: n = 9; n1 = 6 - Thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm là: Pmax = 14 (kW). - Thiết bị có công suất nhỏ nhất trong nhóm là: Pmin = 4,5 (kW). Nên tỉ số: m = = = 3,1 > 3 + Tìm n* và P*: n* == = 0,666 P* = = = 0,81 Tra bảng PL.4 (TL.1) ta tìm được n*hq = 0,86 nhq = n.n*hq = 9.0,86 = 7,74 Từ ksd và nhq tra bảng PL1.5 (TL.1) ta tìm được kmax = 2,03 Phụ tải tính toán của nhóm 4 là: + Công suất tác dụng tính toán: Ptt = ksd.kmax. = 0,2.2,03.71,5 = 29,03 (kW). + Công suất phản kháng tính toán: Qtt = Ptt.tg = 29,03.1,33 = 38,61 (kVAr). + Công suất toàn phần tính toán: Stt = Ptt / cos = 29,03 / 0,6 = 48,38 (kVA). + Dòng điện tính toán: Itt = = 73,5 (A). e. Tính toán phụ tải nhóm 5: Số liệu phụ tải của nhóm 5 cho trong bảng 2-5. Bảng 2-5: Danh sách các thiết bị thuộc nhóm 5. TT Tên thiết bị Số lượng Ký hiệu trên mặt bằng Pđm (kW) Iđm (A) Một máy Toàn bộ 1 Máy khoan đứng 2 36 4,5 9,0 22,79 2 Máy khoan hướng tâm 1 37 4,5 4,5 11,39 3 Máy bào ngang 1 38 2,8 2,8 7,09 4 Máy bào ngang 1 39 10,0 10,0 25,32 5 Máy mài phá 1 40 4,5 4,5 11,39 6 Máy khoan bào 1 42 0,65 0,65 1,64 7 Máy biến áp hàn 1 43 10,5 10,5 26,5 Tổng 8 41,9 Nhóm thiết bị khu vực 5 có 8 phụ tải trong đó có Máy biến áp hàn làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại nên cần quy đổi về chế độ dài hạn: Pqđ = .Pđm = .24,6.0,85 = 10,5 (kW). - Tổng số thiết bị trong nhóm 5 là: n = 8; n1 = 2 - Thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm là: Pmax = 10,5 (kW). - Thiết bị có công suất nhỏ nhất trong nhóm là: Pmin = 0,65 (kW). Nên tỉ số: m = = = 16,08 Tra bảng PL1.1 (TL.1) ta được hệ số sử dụng: ksd = 0,2 và cos = 0,6tg = 1,33 + Tìm n* và P*: n* = = = 0,25 P* = = = 0,488 Tra bảng PL1.4 (TL.1) ta tìm được n*hq = 0,75 nhq = n.n*hq = 8.0,75 = 6 Từ ksd và nhq tra bảng PL 1.5 (TL.1) ta tìm được kmax = 2,24. Phụ tải tính toán của nhóm 5 là + Công suất tác dụng tính toán: Ptt = ksd.kmax. = 0,2.2,24.41,9 = 18,77 (kW). + Công suất phản kháng tính toán: Qtt = Ptt.tg = 18,77.1,33 = 25 (kVAr). + Công suất toàn phần tính toán: Stt = Ptt / cos= 18,77 / 0,6 = 31,3 (kVA). + Dòng điện tính toán: Itt = = = 47,5 (A).  3. Xác định phụ tải chiếu sáng cho phân xưởng sửa chữa cơ khí: Vì phụ tải chiếu sáng có tính chất phân bố tương đối đều và tỷ lệ với diện tích nên phụ tải chiếu sáng của phân xưởng sửa chữa cơ khí được xác định theo công thức: Pcs = p0.F Trong đó: F: Diện tích khu vực sản xuất trong phân xưởng, (m2). Diện tích phân xưởng: F = 600 m2 p0: Suất phụ tải chiếu sáng trên một đơn vị diện tích, (kW/ m2). Đối với phân xưởng sửa chữa cơ khí có p0 = 0,015 (kW/m2), đèn chiếu sáng trong phân xưởng là đèn sợi đốt có cos= 1. Vậy phụ tải chiếu sáng cho phân xưởng sửa chữa cơ khí là: Pcs = 0,015.600 = 9 (kW). Qcs = Pcs.tg= 0 (kVAr). Ittcs = 13,67 A 4. Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng: Phụ tải tác dụng của phân xưởng là: Pttpx = Trong đó: kđt: Hệ số đồng thời toàn phân xưởng có giá trị bằng 0,85. :Tổng công suất tác dụng tính toán của 5 nhóm thiết bị. Vậy: Pttpx = kđt.= 0,85.(9,855 + 21,45 + 19,07 + 29,03 +18,77) Pttpx = 0,85.98,175 = 83,45 (kW). Phụ tải phản kháng của phân xưởng là: Qttpx = kđt.= 0,85.(13,1 + 28,53 + 25,36 + 38,61 + 25) Qttpx = 0,85.130,6 = 111,01 (kVAr). Phụ tải toàn phần của toàn phân xưởng là: Stt == = 144,47 (kVA). Dòng điện tính toán của toàn phân xưởng là: Ipx = = = 219,49 (A). Hệ số công suất của toàn phân xưởng là: Cos = = = 0,64 IV. Xác định phụ tải tính toán cho các phân xưởng còn lại và toàn nhà máy. Vì các phân xưởng của nhà máy đều chỉ cho biết công suất đặt nên phụ tải tính toán được xác định theo phương pháp công suất đặt và hệ số nhu cầu. Các công thức tính toán của phương pháp này là: Ptt = Pđ.knc Qtt = Ptt.tg Trong đó: Ptt: Công suất tính toán của phân xưởng, kW Pđ: Công suất đặt của phân xưởng, kW knc: Hệ số nhu cầu của phân xưởng, tra trong bảng PL1.3 (TL1). Phụ tải chiếu sáng của phân xưởng: Pcs = p0.F Trong đó: - p0: Suất phụ tải chiếu sáng cho một đơn vị diện tích, kW/ m2 - F: Diện tích phân xưởng, m2. Chiếu sáng cho các phân xưởng ta vẫn dùng bóng đèn sợi đốt. 1. Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng kết cấu kim loại. Phân xưởng có diện tích là 2600 m2, với công suất đặt là 2500 kW. Tra bảng PL 1.3 (TL.1) với phân xưởng kết cấu kim loại có: knc = 0,5 cos/ tg = 0,8/ 0,75 Tra bảng PL 1.7 (TL.1) ta được suất chiếu sáng p0 = 15 W/ m2 Công suất tính toán động lực: Pđl = knc.Pđ = 0,5.2500 = 1250 (kW) Qđl = Pđl.tg = 1250.0,75 = 937,5 (kVAr) Công suất tính toán chiếu sáng: Pcs = p0.F = 0,015.2600 = 39 (kW) Qcs = Pcs .tg= 0 (kVAr) Công suất tính toán tác dụng của phân xưởng: Ptt = Pđl + Pcs =1250 + 39 = 1289 (kW). Công suất tính toán phản kháng của phân xưởng: Qtt = Qđl + Qcs = 937,5 + 0 = 937,5 (kVAr) Công suất tính toán toàn phần của phân xưởng: Stt = == 1593,87 (kVA) Dòng điện tính toán của phân xưởng: Itt = = = 2421,56 (A) 2. Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng lắp ráp cơ khí. Phân xưởng có diện tích là 3500 m2, với công suất đặt là 2200 kW. Tra bảng PL 1.3 (TL.1) với phân xưởng lắp ráp cơ khí có: knc = 0,3 cos/ tg = 0,6/ 1,33 Tra bảng PL 1.7 (TL.1) ta được suất chiếu sáng p0 = 14 W/ m2 Công suất tính toán động lực: Pđl = knc.Pđ = 0,3.2200 = 660 (kW) Qđl = Pđl.tg = 660.1,33 = 877,8 (kVAr) Công suất tính toán chiếu sáng: Pcs = p0.F = 0,015.3500 = 49 (kW) Qcs = Pcs .tg = 0 (kVAr) Công suất tính toán tác dụng của phân xưởng: Ptt = Pđl + Pcs = 660 + 49 = 709 (kW) Công suất tính toán phản kháng của phân xưởng: Qtt = Qđl + Qcs = 877,8 + 0 = 877,8 (kVAr) Công suất tính toán toàn phần của phân xưởng: Stt = = = 1128,37 (kVA) Dòng điện tính toán của phân xưởng: Itt == = 1714,38 (A) 3. Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng đúc. Phân xưởng có diện tích là 3000 m2, với công suất đặt là 1800 kW. Tra bảng PL 1.3 (TL.1) với phân xưởng đúc có: knc = 0,6 cos/ tg = 0,8/ 0,75 Tra bảng PL 1.7 (TL.1) ta được suất chiếu sáng p0 = 13 W/ m2 Công suất tính toán động lực: Pđl = knc.Pđ = 0,6.1800 = 1080 (kW) Qđl = Pđl.tg = 1080.0,75 = 810 (kVAr) Công suất tính toán chiếu sáng: Pcs = p0.F = 0,013.3000 = 39 (kW) Qcs = Pcs .tg = 0 (kVAr) Công suất tính toán tác dụng của phân xưởng: Ptt = Pđl + Pcs = 1080 + 39 = 1119 (kW) Công suất tính toán phản kháng của phân xưởng: Qtt = Qđl + Qcs = 810 + 0 = 810 (kVAr) Công suất tính toán toàn phần của phân xưởng: Stt = = = 1381,4 (kVA) Dòng điện tính toán của phân xưởng: Itt = = = 2098,82 (A) 4. Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng nén khí. Phân xưởng có diện tích là 1500 m2, với công suất đặt là 800 kW. Tra bảng PL 1.3 (TL.1) với phân xưởng nén khí có: knc = 0,7 cos/ tg = 0,8/ 0,75 Tra bảng PL 1.7 (TL.1) ta được suất chiếu sáng p0 = 12 W/ m2 Công suất tính toán động lực: Pđl = knc.Pđ = 0,7.800 = 560 (kW) Qđl = Pđl.tg = 560.0,75 = 420 (kVAr) Công suất tính toán chiếu sáng: Pcs = p0.F = 0,012.1500 = 18 (kW) Qcs = Pcs .tg = 0 (kVAr) Công suất tính toán tác dụng của phân xưởng: Ptt = Pđl + Pcs = 560 + 18 = 578 (kW) Công suất tính toán phản kháng của phân xưởng: Qtt = Qđl + Qcs = 420 + 0 = 420 (kVAr) Công suất tính toán toàn phần của phân xưởng: Stt = = = 714,48 (kVA) Dòng điện tính toán của phân xưởng: Itt = = = 1085,54 (A) 5. Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng rèn. Phân xưởng có diện tích là 3000 m2, với công suất đặt là 1600 kW. Tra bảng PL 1.3 (TL.1) với phân xưởng rèn có: knc = 0,5 cos/ tg = 0,7/ 1,02 Tra bảng PL 1.7 (TL.1) ta được suất chiếu sáng p0 = 15 W/ m2 Công suất tính toán động lực: Pđl = knc.Pđ = 0,5.1600 = 800 (kW) Qđl = Pđl.tg = 800.1,02 = 816,16 (kVAr) Công suất tính toán chiếu sáng: Pcs = p0.F = 0,015.3000 = 45 (kW) Qcs = Pcs .tg= 0 (kVAr) Công suất tính toán tác dụng của phân xưởng: Ptt = Pđl + Pcs = 800 + 45 = 845 (kW) Công suất tính toán phản kháng của phân xưởng: Qtt = Qđl + Qcs = 816,16 + 0 = 816,16 (kVAr) Công suất tính toán toàn phần của phân xưởng: Stt = = = 1174,8 (kVA) Dòng điện tính toán của phân xưởng: Itt = = = 1784,92 (A) 6. Xác định phụ tải tính toán của trạm bơm. Trạm bơm có diện tích là 600 m2, với công suất đặt là 450 kW. Tra bảng PL 1.3 (TL.1) với trạm bơm có: knc = 0,5 cos/ tg = 0,8/ 0,75 Tra bảng PL 1.7 (TL.1) ta được suất chiếu sáng p0 = 10 W/ m2 Công suất tính toán động lực: Pđl = knc.Pđ = 0,5.450 = 225 (kW) Qđl = Pđl.tg = 225.0,75 = 168,75 (kVAr) Công suất tính toán chiếu sáng: Pcs = p0.F = 0,01.600 = 6 (kW) Qcs = Pcs .tg= 0 (kVAr) Công suất tính toán tác dụng của phân xưởng: Ptt = Pđl + Pcs = 225 + 6 = 231 (kW) Công suất tính toán phản kháng của phân xưởng: Qtt = Qđl + Qcs = 168,75 + 0 = 168,75 (kVAr) Công suất tính toán toàn phần của phân xưởng: Stt = = = 286,07 (kVA) Dòng điện tính toán của phân xưởng: Itt = = = 434,64 (A) 7. Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng gia công gỗ. Phân xưởng có diện tích là 900 m2, với công suất đặt là 400 kW. Tra bảng PL 1.3 (TL.1) với phân xưởng gia công gỗ có: knc = 0,5 cos/ tg = 0,7/ 1,02 Tra bảng PL 1.7 (TL.1) ta được suất chiếu sáng p0 = 14 W/ m2 Công suất tính toán động lực: Pđl = knc.Pđ = 0,5.400 = 200 (kW) Qđl = Pđl.tg = 200.1,02 = 204 (kVAr) Công suất tính toán chiếu sáng: Pcs = p0.F = 0,014.900 = 12,6 (kW) Qcs = Pcs .tg= 0 (kVAr) Công suất tính toán tác dụng của phân xưởng: Ptt = Pđl + Pcs = 200 + 12,6 = 212,6 (kW) Công suất tính toán phản kháng của phân xưởng: Qtt = Qđl + Qcs = 204 + 0 = 204 (kVAr) Công suất tính toán toàn phần của phân xưởng: Stt = = = 294,64 (kVA) Dòng điện tính toán của phân xưởng: Itt = = = 447,66 (A) 8. Xác định phụ tải tính toán của ban quản lý nhà máy. Ban quản lý có diện tích là 600 m2, với công suất đặt là 120 kW. Tra bảng PL 1.3 (TL.1) với ban quản lý có: knc = 0,6 cos/ tg = 0,8/ 0,75 Tra bảng PL 1.7 (TL.1) ta được suất chiếu sáng p0 = 15 W/ m2, ở đây ta dùng đèn huỳnh quang có cos = 0,85. Công suất tính toán động lực: Pđl = knc.Pđ = 0,6.120 = 72 (kW) Qđl = Pđl.tg = 72.0,75 = 54 (kVAr) Công suất tính toán chiếu sáng: Pcs = p0.F = 0,015.600 = 9 (kW) Qcs = Pcs .tg = 9.0,62 = 5,58 (kVAr) Công suất tính toán tác dụng của phân xưởng: Ptt = Pđl + Pcs = 72 + 9 = 81 (kW) Công suất tính toán phản kháng của phân xưởng: Qtt = Qđl + Qcs = 54 + 5,58 = 59,58 (kVAr) Công suất tính toán toàn phần của phân xưởng: Stt = = = 100,5 (kVA). Dòng điện tính toán của phân xưởng: Itt = = = 152,69 (A)  9. Bảng kết quả toàn nhà máy. Bảng 2.6: Phụ tải tính toán của các phân xưởng Tên phân xưởng Pđ kW Pđl kW Pcs kW Ptt kW Qtt kVAr Stt kVA PX kết cấu kim loại 2500 1250 39 1289 937,5 1593,87 PX lắp ráp cơ khí 2200 660 49 709 877,8 1128,37 Phân xưởng đúc 1800 1080 39 1119 810 1381,4 Phân xưởng nén khí 800 560 18 578 420 714,48 Phân xưởng rèn 1600 800 45 845 816,16 1174,8 Trạm bơm 450 225 6 231 168,75 286,07 PX sửa chữa cơ khí 83,45 9 92,45 111,01 144,47 PX gia công gỗ 400 200 12,6 212,6 204 294,64 Ban quản lý NM 120 72 9 81 59,58 100,5 Tổng 5157,05 4404,8 Phụ tải tính toán tác dụng toàn nhà máy: Pttnm = kđt. Trong đó: kđt: Hệ số đồng thời lấy bằng 0,8. Pttnm = 0,8.5157,05 = 4125,64 (kW) Phụ tải tính toán phản kháng toàn nhà máy: Qttnm = kđt. Trong đó: kđt: Hệ số đồng thời lấy bằng 0,8. Qttnm = 0,8.4404,8 = 3523,84 (kVAr) Phụ tải tính toán toàn phần của nhà máy: Sttnm = = = 5425,71 (kVA) Hệ số công suất của nhà máy: cos = == 0,76 Chương 3 Thiết kế mạng điện hạ áp cho phân xưởng sửa chữa cơ khí I. Sơ đồ cung cấp điện của phân xưởng sửa chữa cơ khí. Sơ đồ nối dây mạng hạ áp có hai dạng cơ bản là mạng hình tia và mạng phân nhánh. ỉ. Sơ đồ hình tia: Có ưu điểm là nối dây dể dàng, mỗi hộ được cung cấp điện từ một đường dây, do đó chúng ít ảnh hưởng lẫn nhau, độ tin cậy cung cấp điện tương đối cao, dễ thực hiện các biện pháp bảo vệ và tự động hoá, dễ vận hành bảo quản. Khuyết điểm của sơ đồ này là vốn đầu tư lớn nên sơ đồ nối dây hình tia thường được dùng khi cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại 1 và 2. Sơ đồ hình tia dùng để cung cấp điện cho các phụ tải phân tán. Từ thanh cái trạm biên áp có các đường dây dẫn đến các tủ phân phối động lực. Từ tủ phân phối động lực có các đường dây dẫn đến phụ tải. Loại sơ đồ này có độ tin cậy tương đối cao, thường được dùng trong các thiết bị phân tán trên diện tích rộng như phân xưởng cơ khí, lắp ráp, dệt v.v... ỉ. Sơ đồ phân nhánh: Có ưu khuyết điểm ngược lại so với sơ đồ hình tia. Vì vậy, loại sơ đồ này thường được dùng cho các hộ tiêu thụ loại 2 và 3. Để cấp điện cho toàn phân xưởng sửa chữa cơ khí ta đặt một tủ phân phối ở gần trạm biến áp phân xưởng. Tủ phân phối nhận điện từ trạm biến áp phân xưởng có nhiệm vụ cấp điện cho 5 tủ động lực và một tủ chiếu sáng cho toàn phân xưởng. Trong mỗi tủ phân phối đặt 6 áptômát ở mỗi đầu ra và một áptomát tổng ở đầu vào. Mỗi tủ động lực cấp điện cho một nhóm phụ tải. Đầu vào và đầu ra của tủ động lực đều đặt áptômát. Mỗi tủ động lực có 8 đầu ra do vậy với nhóm nào có quá 8 thiết bị thì một số máy có công suất nhỏ, có vị trí gần nhau sẽ phải đấu chung ở đầu ra. Mỗi động cơ của máy công cụ được đóng cắt bằng khởi động từ, được bảo vệ quá tải bằng rơle nhiệt và bảo vệ ngắn mạch bằng áptômát đặt trên đường dây ra của các tủ động lực. Do khoảng cách từ tủ hạ áp trạm biến áp phân xưởng về tủ phân phối phân xưởng và khoảng cách từ tủ phân phối đến tủ động lực ngắn nên để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, để dễ thuận tiện trong thao tác và sửa chữa ta sử dụng đường dây cáp chôn ngầm dưới đất trong nền nhà phân xưởng và sơ đồ nối điện hình tia. ã Chọn cáp từ trạm biến áp phân xưởng về tủ phân phối phân xưởng: Như đã nhận xét ở trên, khoảng cách từ tủ hạ áp trạm biến áp phân xưởng về tủ phân phối ngắn nên ta chọn cáp ở mạch hạ áp theo điều kiện phát nóng cho phép mà không cần phải kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp cho phép. Tiết diện dây cáp chọn theo điều kiện phát nóng phải thoả mãn: khc .Icp Itt Trong đó: Itt: Dòng tính toán của toàn phân xưởng sửa chữa cơ khí, A Icp: Dòng điện cho phép ứng với dây dẫn chọn, A khc: Hệ số hiệu chỉnh kể tới nhiệt độ môi trường đặt dây. Tra bảng phụ lục ứng với nhiệt độ môi trường 200C và nhiệt độ tiêu chuẩn là 150C có được khc = 0,96. Dòng điện tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí: Itt = = 219,5 A. Ta chọn cáp đồng 4 lõi cách điện bằng PVC do hãng LENS sản xuất đặt trong nhà, U < 1 kV, có tiết diện F = 95 mm2 với dòng cho phép: Icp = 301 A. Ta có: khc.Icp = 0,96.301 = 288,96 A > Itt = 219,5 A. Vậy cáp đã chọn thoả mãn điều kiện. II. Lựa chọn phần tử mạng điện hạ áp phân xưởng sửa chữa cơ khí. Trong chương II ta đã thực hiện việc chia nhóm, xác định phụ tải tính toán cho từng nhóm và cho cả phân xưởng sửa chữa cơ khí. Ta có bảng 3-1: Bảng 3-1: Tổng kết phụ tải các nhóm phân xưởng sửa chữa cơ khí. Nhóm Pđ, kW Ptt, kW Qtt, kVAr Stt, kVA Itt, A Nhóm 1 26,35 9,855 13,1 16,425 25 Nhóm 2 53,9 21,45 28,53 35,75 54,3 Nhóm 3 51 19,07 25,36 31,78 48,3 Nhóm 4 71,5 29,03 38,61 48,38 73,5 Nhóm 5 41,9 18,77 25 31,3 47,5 Phụ tải tính toán của toàn phân xưởng sửa chữa cơ khí kể cả phụ tải chiếu sáng là: Pttpx = 92,45 kW Qttpx = 111,01 kVAr Sttpx =144,47 kVA Dựa vào số liệu trên ta tính toán lựa chọn các phân tử hạ áp cho phân xưởng sửa chữa cơ khí. 1. Tủ phân phối. Tủ phân phối nhận điện từ trạm BAPX cung cấp cho các tủ động lực thông qua đường cáp. Để cung cấp điện cho 5 tủ động lực và tủ chiếu sáng cho toàn phân xưởng sửa chữa cơ khí ta chọn 1 tủ phân phối hạ áp đặt tại thanh cái của trạm biến áp phân xưởng do hãng SAREL của Pháp chế tạo. Tủ có sơ đồ: AT A6 A2 A1 A5 A4 A3 ĐL1 ĐL2 ĐL3 ĐL4 ĐL5 CS Hình 3 - 1: Sơ đồ tủ phân phối. 1.1. Chọn áptômát: Chọn áptômát cho 5 tủ động lực và một áptômát tổng. Các áptômát này được chọn theo điều kiện làm việc lâu dài (hay là dòng điện tính toán). Điều kiện chọn áptômát là: IđmA Ilvmax = Itt = Uđm Uđmmđ Trong đó: Uđmmđ: điện áp định mức mạng điện Uđmmđ = 380 V với áptômát 3 pha Uđmmđ = 220 V với áptômát 1 pha Với dòng tính toán Itt đã xác định được trong chương II và tổng kết trong bảng 3-1, ta chọn các áptômát của hãng Merlin Gerin có các thông số cơ bản sau: Bảng 3-1: Thông số áptômát trong tủ phân phối Tên lộ Ittnhóm (A) Loại Uđm (V) Iđm (A) I N (kA) A1 25 C60N 440 63 6 A2 54,3 C60N 440 63 6 A3 48,3 C60N 440 63 6 A4 73,5 NC100H 440 100 6 A5 47,5 C60N 440 63 6 A- CS 13,67 C60H 440 63 10 Đối với áptômát tổng ta chọn theo dòng tính toán của toàn phân xưởng: Itt = = = 219,5 A Ta chọn áptômát của hãng Merlin Gerin có các thông số: Bảng 3-3: Thông số của áptômát tổng. áptômát Loại Uđm (V) Iđm (A) IN (kA) AT NS400L 690 400 50 1.2. Chọn thanh dẫn. Chọn thanh dẫn của tủ phân phối là thanh dẫn bằng đồng, có tiết dịên được chọn theo điều kiện phát nóng cho phép: k1.k2.Icp Itt Trong đó: k1 = 0,95: hệ số hiệu chỉnh khi thanh dẫn đặt nằm ngang. k2 = 0,9: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ. Itt = 219,5 A: dòng điện tính toán của phân xưởng. Từ đó Icp = = 256,7 A Vậy ta chọn thanh dẫn có tiết diện F = 75 mm2 với Icp = 340 A. C60N NS400L C60N ĐL1 ĐL2 ĐL3 ĐL4 ĐL5 CS C60N C60N C60N NC100H Tủ phân phối với các thiết bị: Hình 3-2: Sơ đồ tủ phân phối của phân xưởng. 2. Lựa chọn cáp từ tủ phân phối đến các tủ động lực. Ta chọn cáp theo điều kiện phát nóng, nhưng ở đây là mạng hạ áp bảo vệ bằng áptômát, để thoả mãn điều kiện phát nóng thì ngoài điều kiện: khc.Icp Ilvmax ta còn phải phối hợp điều kiện bảo vệ: khc.Icp Trong đó: khc = 1: Hệ số hiệu chỉnh cho cáp chôn dưới đất theo từng tuyến. Icp: Dòng điện phát nóng lâu dài cho phép, A Ilvmax: Dòng điện tính toán có thể cho 1 động cơ, nhóm động cơ hoặc cho cả phân xưởng tuỳ theo vị trí dây được chọn. Ikđnhiệt = 1,25.IđmA: Dòng điện khởi động của thiết bị cắt mạch bằng nhiệt của áptômát. áp dụng các điều kiện trên ta chọn cáp từ tủ phân phối tới tủ động lực ta chọn loại cáp đồng cách điện bằng PVC do hãng LENS sản xuất. ã Chọn cáp từ tủ phân phối tới tủ động lực 1. Dòng điện tính toán nhóm 1 là: Ittn1 = 25 A Dòng điện định mức của áptômát A1 là: IđmA1 = 63 A khc.Icp Ilvmax = Ittn1 = 25 A khc.Icp = = = 52,5 A Vậy với khc = 1 thì dòng cho phép thoả mãn: Icp 25 A Icp 52,5 A Ta chọn cáp có tiết diện F = 10 mm2 với Icp = 87 A. ã Chọn cáp tới các tủ động lực còn lại. Ta chọn cáp tương tự như chọn cáp từ tủ phân phối tới tủ động lực 1.Kết quả ghi trong bảng 3- 4. Bảng 3- 4: Kết quả chọn cáp từ tủ phân phối tới các tủ động lực. Tuyến cáp Itt, A Fcáp, mm2 Icp, A Tủ PP - ĐL1 25 4G10 87 Tủ PP - ĐL2 53,4 4G10 87 Tủ PP - ĐL3 48,3 4G10 87 Tủ PP - ĐL4 73,5 4G10 87 Tủ PP - ĐL5 47,5 4G10 87 3. Chọn tủ động lực. Chọn tủ động lực cho các nhóm phụ tải cùng một loại, do hãng SAREL của Pháp chế tạo. Tủ động lực có 8 đầu ra và 1 đầu vào có các lỗ gá hàn sẵn để lắp đặt các áptômát. Sơ đồ của tủ động lực: Hình 3- 3: Sơ đồ tủ động lực 4. Chọn các thiết bị cho các tủ động lực. Ta chọn các áptômát trong tủ động lực và dây dẫn từ tủ động lực tới các động cơ, các máy công cụ có trong phân xưởng. 4.1. Chọn áptômát. - Chọn áptômát tổng: chọn áptômát tổng của tủ động lực giống với áptômát nhánh ở tủ phân phối cấp cho tủ động lực. - Chọn áptômát nhánh: Chọn theo 2 điều kiện: IđmA Ilvmax = Itt = UđmA Uđmmđ Nếu áptômát bảo vệ cho một nhóm động cơ thì: IđmA UđmA Uđmmđ 4.2. Chọn dây dẫn. Dây dẫn được chọn theo điều kiện phát nóng và kiểm tra theo điều kiện kết hợp với thiết bị bảo vệ là áptômát. Điều kiện chọn dây: khc.Icp Ilvmax = Itt Kiểm tra với điều kiện kết hợp thiết bị bảo vệ là áptômát: khc.Icp = Tất cả dây dẫn trong phân xưởng chọn loại dây cáp hạ áp với 4 lõi, cách điện bằng PVC do hãng LENS chế tạo đặt trong ống sắt kích thước 3/ 4'' và hệ số hiệu chỉnh khc = 0,95. 4.3. Đối với tủ động lực 1: 4.3.1. Chọn áptômát: ã áptômát tổng: Ta chọn áptômát loại C60N giống áptômát ở đầu ra của tủ phân phối ã áptômát nhánh: Các áptômát nhánh chọn do hãng Merlin Gerin chế tạo. + áptômát bảo vệ máy mài trong 4,5 kW và máy khoan đứng 2,8 kW Chọn áptômát có: UđmA Uđm.m = 0,38 (kV) IđmA Itt = = = 18,5 (A) Chọn áptômát loại NC100H do hãng Merlin Gerin chế tạo có: Iđm.A = 20 (A); IcắtN = 6 (kA); UđmA = 440 (V); có 4 cực + áptômát bảo vệ máy mài vạn năng 1,75 kW và máy mài dao cắt gọt 0,65 kW Chọn áptômát có: UđmA Uđm.m = 0,38 (kV) IđmA Itt = = = 6,07 (A) Chọn áptômát loại NC100H do hãng Merlin Gerin chế tạo có: Iđm.A = 10 (A); IcắtN = 6 (kA); UđmA = 440 (V); có 4 cực + áptômát bảo vệ máy cắt mép 4,5 kW và thiết bị hoá bền KL 0,8 kW Chọn áptômát có: UđmA Uđm.m = 0,38 (kV) IđmA Itt = = = 13,42 (A) Chọn áptômát loại NS250N do hãng Merlin Gerin chế tạo có: Iđm.A = 16 (A); IcắtN = 8 (kA); UđmA = 690 (V); có 4 cực + áptômát bảo vệ máy mài mũi khoan 1,5 kW và máy mài sắc mũi phay 1,0 kW Chọn áptômát có: UđmA Uđm.m = 0,38 (kV) IđmA Itt = = = 6,33 (A) Chọn áptômát loại NC100H do hãng Merlin Gerin chế tạo có: Iđm.A = 10 (A); IcắtN = 6 (kA); UđmA = 440 (V); có 4 cực + áptômát bảo vệ máy mài dao chuốt 0,65 kW và máy mài mũi khoét 2,9 kW Chọn áptômát có: UđmA Uđm.m = 0,38 (kV) IđmA Itt = = = 8,99 (A) Chọn áptômát loại NC100H do hãng Merlin Gerin chế tạo có: Iđm.A = 10 (A); IcắtN = 6 (kA); UđmA = 440 (V); có 4 cực + áptômát bảo vệ 2 máy khoan bàn 0,65 kW Chọn áptômát có: UđmA Uđm.m = 0,38 (kV) IđmA Itt = = = 3,3 (A) Chọn áptômát loại NC100H do hãng Merlin Gerin chế tạo có: Iđm.A = 10 (A); IcắtN = 6 (kA); UđmA = 440 (V); có 4 cực +áptômát bảo vệ máy để mài tròn 1,2 kW và máy mài thô 2,8 kW Chọn áptômát có: UđmA Uđm.m = 0,38 (kV) IđmA Itt = = = 10,13 (A) Chọn áptômát loại NS250N do hãng Merlin Gerin chế tạo có: Iđm.A = 16 (A); IcắtN = 8 (kA); UđmA = 690 (V); có 4 cực 4.3.2. Chọn dây dẫn: Tất cả dây dẫn trong phân xưởng đều chọn dây cáp do hãng LENS sản xuất. Hệ số hiệu chỉnh khc về nhiệt độ của môi trường xung quanh đối với dòng phụ tải của cáp khc = 0,95. + Chọn dây từ tủ động lực 1 đến máy mài trong 4,5 kW và máy khoan đứng 2,8 kW. khc.Icp Ilvmax = Itt = 18,5 (A) Icp = 19,47 (A) Ta chọn cáp có tiết diện F = 1,5 mm2; Icp = 31 (A) Kết hợp với thiết bị bảo vệ: khc.Icp = 0,95.31 = 29,45 (A) = 16,7 (A) Vậy cáp được chọn là thoả mãn. + Chọn dây từ tủ động lực 1 đến máy mài vạn năng 1,75 kW và máy mài dao cắt gọt 0,65 kW. khc.Icp Ilvmax = Itt = 6,07 (A) Icp = 6,49 (A) Ta chọn cáp có tiết diện F = 1,5 mm2; Icp = 31 (A) Kết hợp với thiết bị bảo vệ: khc.Icp = 0,95.31 = 29,45 (A) = 8,33 (A) Vậy cáp được chọn là thoả mãn. + Chọn dây từ tủ động lực 1 đến máy cắt mép 4,5 kW và thiết bị hoá bền kim loại 0,8 kW. khc.Icp Ilvmax = Itt = 13,42 (A) Icp = 14,13 (A) Ta chọn cáp có tiết diện F = 1,5 mm2; Icp = 31 (A) Kết hợp với thiết bị bảo vệ: khc.Icp = 0,95.31 = 29,45 (A) = 13,3 (A) Vậy cáp được chọn là thoả mãn. + Chọn dây từ tủ động lực 1 đến máy mài mũi khoan 1,5 kW và máy mài sắc mũi phay 1,0 kW. khc.Icp Ilvmax = Itt = 6,33 (A) Icp = 6,66 (A) Ta chọn cáp có tiết diện F = 1,5 mm2; Icp = 31 (A) Kết hợp với thiết bị bảo vệ: khc.Icp = 0,95.31 = 29,45 (A) = 8,33 (A) Vậy cáp được chọn là thoả mãn. + Chọn dây từ tủ động lực 1 đến máy mài dao chuốt 0,65 kW và máy mài mũi khoét 2,9 kW. khc.Icp Ilvmax = Itt = 8,99 (A) Icp = 9,46 (A) Ta chọn cáp có tiết diện F = 1,5 mm2; Icp = 31 (A) Kết hợp với thiết bị bảo vệ: khc.Icp = 0,95.31 = 29,45 (A) = 8,33 (A) Vậy cáp được chọn là thoả mãn. + Chọn dây từ tủ động lực 1 đến 2 máy khoan bàn 0,65 kW. khc.Icp Ilvmax = Itt = 3,3 (A) Icp = 3,47 (A) Ta chọn cáp có tiết diện F = 1,5 mm2; Icp = 31 (A) Kết hợp với thiết bị bảo vệ: khc.Icp = 0,95.31 = 29,45 (A) = 8,33 (A) Vậy cáp được chọn là thoả mãn. + Chọn dây từ tủ động lực 1 đến máy mài tròn 1,2 kW và máy mài thô 2,8 kW. khc.Icp Ilvmax = Itt = 10,13 (A) Icp = 10,66 (A) Ta chọn cáp có tiết diện F = 1,5 mm2; Icp = 31 (A) Kết hợp với thiết bị bảo vệ: khc.Icp = 0,95.31 = 29,45 (A) = 13,3 (A) Vậy cáp được chọn là thoả mãn. Bằng cách chọn tương tự như đối với tủ động lực 1 ta cũng chọn được áptômát và dây dẫn từ các tủ cho tới từng động cơ. Kết quả được ghi trong bảng 3- 6. Bảng 3- 6 : Kết quả chọn cáp và áptômát từ tủ động lực đến tủ thiết bị Tên máy Số trên B.V Phụ tải Dây dẫn MCB PTT (kW) ITT (A) Tiết diện ICP (A) DÔ.THéP Mã hiệu IĐM (A) IKĐNH/1,5 (A) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Nhóm 1 Mài trong 11 4,5 11,4 4G1,5 31 3/4" NC100H 20 16,7 Khoan đứng 14 2,8 7,09 4G1,5 31 3/4" NC100H 20 16,7 Cắt mép 16 4,5 11,4 4G1,5 31 3/4" NS250N 16 13,3 Mài vạn năng 17 1,75 4,43 4G1,5 31 3/4" NC100H 10 8,3 Mài dao cắt gọt 18 0,65 1,64 4G1,5 31 3/4" NC100H 10 8,3 Mài mũi khoan 19 1,5 3,8 4G1,5 31 3/4" NC100H 10 8,3 Mài sắc m.phay 20 1,0 2,53 4G1,5 31 3/4" NC100H 10 8,3 Mài dao chuốt 21 0,65 1,64 4G1,5 31 3/4" NC100H 10 8,3 Mài mũi khoét 22 2,9 7,34 4G1,5 31 3/4" NC100H 10 8,3 TB.h. bền KL 23 0,8 2,02 4G1,5 31 3/4" NS250N 16 13,3 Khoan bàn 25 0,65 1,64 4G1,5 31 3/4" NC100H 10 8,3 Mài tròn 26 1,2 3,04 4G1,5 31 3/4" NS250N 16 13,3 Mài thô 28 2,8 7,09 4G1,5 31 3/4" NS250N 16 13,3 Nhóm 2 Tiện ren 1 7 17,7 4G1,5 31 3/4" NC100H 20 16,7 Tiện ren 2 7 17,7 4G1,5 31 3/4" NC100H 20 16,7 Tiện ren 3 10 25,3 4G1,5 31 3/4" C60L 25 20,8 T.r cấp c.x cao 4 1,7 4,3 4G1,5 31 3/4" NC100H 10 8,3 Doa toạ độ 5 2,0 5,06 4G1,5 31 3/4" NC100H 10 8,3 Máy giũa 24 2,2 5,57 4G1,5 31 3/4" NC100H 10 8,3 Nhóm 3 Bào ngang 6 7,0 17,7 4G1,5 31 3/4" NC100H 20 16,7 Máy xọc 7 2,8 7,09 4G1,5 31 3/4" NC100H 20 16,7 Phay vạn năng 8 7,0 17,7 4G1,5 31 3/4" NC100H 20 16,7 Phay ngang 9 7,0 17,7 4G1,5 31 3/4" NC100H 20 16,7 Phay đứng 10 2,8 7,09 4G1,5 31 3/4" NS250N 16 16,7 Mài trong 11 4,5 11,4 4G1,5 31 3/4" NS250N 16 13,3 Mài phẳng 12 2,8 7,09 4G1,5 31 3/4" NS250N 16 13,3 Mài tròn 13 2,8 7,09 4G1,5 31 3/4" NS250N 16 13,3 Khoan đứng 15 4,5 11,4 4G1,5 31 3/4" NC100H 10 8,3 Nhóm 4 Máy tiện ren 31 4,5 11,4 4G1,5 31 3/4" C60L 25 20,8 Máy tiện ren 32 7,0 17,7 4G1,5 31 3/4" NC100H 20 16,7 Máy tiện ren 33 7,0 17,7 4G1,5 31 3/4" NC100H 20 16,7 Máy tiện ren 34 10 25,3 4G1,5 31 3/4" C60L 25 20,8 Máy tiện ren 35 14 35,5 4G2,5 41 3/4" NC100H 40 33,3 Nhóm 5 Khoan đứng 36 4,5 11,4 4G1,5 31 3/4" NS250N 16 13,3 K.Hướng tâm 37 4,5 11,4 4G1,5 31 3/4" NS250N 16 13,3 Bào ngang 38 2,8 7,09 4G1,5 31 3/4" NC100H 10 8,3 Bào ngang 39 10 25,3 4G1,5 31 3/4" C60L 25 20,8 Mài phá 40 4,5 11,4 4G1,5 31 3/4" NS250N 16 13,3 Khoan bào 42 0,65 1,64 4G1,5 31 3/4" NC100H 10 8,3 Biến áp hàn 43 10,5 26,5 4G6 66 3/4" C60H 63 52,5 Chương 4 Thiết kế mạng điện cao áp cho toàn nhà máy Việc lựa chọn sơ đồ cung cấp điện cho nhà máy có ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế và kỷ thuật của hệ thống. Một sơ đồ cung cấp điện được coi là hợp lý phải thoả mãn các yêu cầu cơ bản sau đây: - Đảm bảo chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện. - Linh hoạt và đơn giản trong vận hành, bảo dưởng, sửa chữa. - Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. - Có thể đáp ứng được sự phát triển của phụ tải. - Thoả mãn các chỉ tiêu kinh tế. I. Xây dựng biểu đồ phụ tải: 1.Tâm phụ tải điện. Tâm phụ tải điện là điểm thoả mãn điều kiện mô men phụ tải đạt giá trị cực tiểu min Trong đó: Pi và li: Công suất và khoảng cách của phụ tải thứ i đến tâm phụ tải. Để xác định toạ độ của tâm phụ tải có thể sử dụng các biểu thức sau: X0 =; Y0 = ; Z0 = (4.1) Trong đó: X0, Y0, Z0: Toạ độ của tâm phụ tải điện xi, yi, z0 : Toạ độ của phụ tải thứ i tính theo một hệ trục toạ độ Oxy tuỳ chọn. Stti: Công suất tính toán toàn phần của phụ tải thứ i. Trong thực tế, ta thường ít quan tâm đến toạ độ Z mà chỉ quan tâm đến toạ độ X và Y. Tâm phụ tải điện là vị trí tốt nhất để đặt các trạm biến áp, trạm phân phối, tủ phân phối, tủ động lực nhằm tiết kiệm chi phí cho dây dẫn và giảm tổn thất trên lưới điện. Thay số vào biểu thức trên ta tìm được. 2. Biểu đồ phụ tải điện. Biểu đồ phụ tải điện là một vòng tròn vẽ trên mặt phẳng, có tâm trùng với tâm của phụ tải điện, có diện tích tương ứng với công suất của phụ tải theo tỷ lệ xích nào đó tuỳ chọn. Biểu đồ phụ tải cho phép người thiết kế hình dung được sự phân bố phụ tải trong phạm vi khu vực cần thiết kế, từ đó có cơ sở để lập các phương án cung cấp điện. Biểu đồ phụ tải điện được chia thành 2 phần: Phần phụ tải động lực (phần có hình quạt gạch chéo) và phần phụ tải chiếu sáng (phần hình quạt để trắng). Để vẽ được biểu đồ phụ tải điện cho các phân xưởng, ta coi phụ tải điện của các phân xưởng phân bố đều theo diện tích phân xưởng nên tâm phụ tải có thể lấy trùng với tâm hình học của phân xưởng trên mặt bằng. Bán kính vòng tròn biểu đồ phụ tải điện của phụ tải thứ i được xác định theo biểu thức: Ri = (mm) (4.2) Trong đó: m: Tỷ lệ xích ta chọn m = 3 kVA/mm2 Ri: Bán kính của vòng tròn biểu đồ phụ tải (mm). Stti: Công suất tính toán của phân xưởng thứ i. Hình 4 - 1: Vòng tròn phụ tải Góc của phụ tải chiếu sáng nằm trong biểu đồ phụ tải được xác định theo công thức sau: (4.3) Trong đó: : Góc của phụ tải chiếu sáng nằm trong phân xưởng, độ. Pcsi: Phụ tải chiếu sáng của phân xưởng thứ i, kW. Ptti: Phụ tải tác dụng tính toán của phân xưởng thứ i, kW. ỉ. Xác định R và cho phân xưởng kết cấu kim loại. Công suất tính toán toàn phân xưởng là: Stt = 1593,87 kVA Công suất tính toán tác dụng của phân xưởng là: Ptt = 1289 kW Công suất chiếu sáng của phân xưởng là: Pcs = 39 kW Vậy bán kính của biểu đồ phụ tải cho phân xưởng là: R = = = 13 Góc của phụ tải chiếu sáng là: = = 10,9 (độ) * Các phân xưởng còn lại tính tương tự như đối với phân xưởng kết cấu kim loại. Kết quả nhận được cho trong bảng sau: Bảng 4 - 1: Kết quả xác định R và cho các phân xưởng. TT Tên phân xưởng Pcs KW Ptt kW Stt kVA R Mm 1 Phân xưởng kết cấu kim loại 39 1289 1593,87 13,0 10,9 2 Phân xưởng lắp ráp cơ khí 49 709 1128,37 10,9 24,9 3 Phân xưởng đúc 39 1119 1381,4 12,1 12,5 4 Phân xưởng nén khí 18 578 714,48 8,7 11,2 5 Phân xưởng rèn 45 845 1174,8 11,2 19,2 6 Trạm bơm 6 231 286,07 5,51 9,4 7 Phân xưởng sửa chữa cơ khí 9 92,45 144,47 3,92 35,04 8 Phân xưởng gia công gỗ 12,6 212,6 294,64 5,59 21,3 9 Ban quản lý nhà máy 9 81 100,5 3,3 40 II. Xác định vị trí đặt trạm phân phối trung tâm. Để giảm chi phí đầu tư cho dây dẫn và giảm tổn thất điện năng hay là đảm bảo về tiêu chuẩn kinh tế thì trạm PPTT đặt ở trung tâm phụ tải của toàn nhà máy. Trên mặt bằng nhà máy ta gắn một hệ trục toạ độ x0y, ta xác định tâm phụ tải điện M(x0; y0) của toàn nhà máy theo công thức: X0 = ; Y0 = (4.4) Trong đó: xi, yi, : Toạ độ tâm phụ tải của phân xưởng thứ i. Stti: Công suất tính toán toàn phần của phụ tải thứ i. Để đơn giản ta chọn tâm phụ tải của các phân xưởng là tâm hình học. Ta có bảng tâm phụ tải của các phân xưởng.  Bảng 4 - 2: Tâm phụ tải của các phân xưởng. TT Tên phân xưởng x y Stt (kVA) 1 Phân xưởng kết cấu kim loại 34 94 1593,87 2 Phân xưởng lắp ráp cơ khí 41 53 1128,37 3 Phân xưởng đúc 98 91 1381,4 4 Phân xưởng nén khí 131 73 714,48 5 Phân xưởng rèn 108 58 1174,8 6 Trạm bơm 130 24 286,07 7 Phân xưởng sửa chữa cơ khí 54 18 144,47 8 Phân xưởng gia công gỗ 93 18 294,64 9 Ban quản lý nhà máy 20 20 100,5 Toạ độ tâm phụ tải điện của toàn nhà máy là: X0 = = = 77,83 Y0 = = = 69,3 Vậy vị trí tốt nhất để đặt trạm PPTT có toạ độ M (77,83; 69,3). III. Xác định vị trí, số lượng, dung lượng trạm biến áp phân xưởng. 1. Xác định vị trí trạm biến áp phân xưởng. Vị trí các trạm biến áp phải thoả mãn các yêu cầu cơ bản sau: - An toàn và liên tục cung cấp điện. - Gần trung tâm phụ tải, thuận tiện cho nguồn cung cấp đi đến. - Thao tác, vận hành, quản lý dễ dàng. - Phòng nổ, cháy, bụi bặm, khí ăn mòn. - Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành nhỏ. Trong các nhà máy thường sử dụng các kiểu TBA phân xưởng: - Các trạm biến áp cung cấp điện cho một phân xưởng có thể dùng loại liền kề có một tường của trạm chung với tường của phân xưởng nhờ vậy tiết kiệm được vốn xây dựng và it ảnh hưởng đến các công trình khác. - Trạm lồng cũng được sử dụng để cung cấp điện cho một phần hoặc toàn bộ phân xưởng vì có chi phí đầu tư thấp, vận hành và bảo quản thuận lợi nhưng về mặt an toàn khi có sự cố trong trạm hoặc trong phân xưởng là không cao. - Các trạm biến áp dùng chung cho nhiều phân xưởng nên đặt gần trung tâm phụ tải vì điều đó cho phép đưa điện áp cao tới gần hộ tiêu thụ điện và rút ngắn chiều dài mạng phân phối cao áp của xí nghiệp cũng như mạng hạ áp phân xưởng, giảm chi phí kim loại làm dây dẫn và giảm tổn thất. Tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể có thể chọn một trong các loại trạm biến áp đã nêu. Để đảm bảo an toàn cho người và thiết bị, đảm bảo mỹ quan công nghiệp ta sẽ sử dụng loại trạm liền kề các phân xưởng. 2. Số lượng trạm biến áp, máy biến áp phân xưởng. Máy biến áp là một thiết bị cần thiết và quan trọng trong hệ thống cung cấp điện cho nhà máy. Nhưng máy biến áp là thiết bị có giá thành cao nên chiếm số lớn trong tổng số vốn đầu tư cho nhà máy. Vì vậy, khi chọn máy biến áp cần phải tìm cách giảm số lượng và công suất của máy biến áp nhưng vẫn đảm bảo làm việc an toàn và cung cấp điện cho yêu cầu của phụ tải điện. Máy biến áp được chọn phải đảm bảo các yêu cầu: + Đảm bảo liên lạc giữa nguồn và phụ tải. + Đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các phụ tải nhất là các phụ tải quan trọng. + Đảm bảo về mặt kinh tế và kỹ thuật. Căn cứ vào yêu cầu, vị trí và công suất của các phân xưởng ta đặt 6 trạm biến áp phân xưởng: * Trạm B1 cung cấp điện cho phân xưởng kết cấu kim loại. * Trạm B2 cung cấp điện cho phân xưởng lắp ráp cơ khí và ban quản lý nhà máy. * Trạm B3 cung cấp điện cho phân xưởng đúc. * Trạm B4 cung cấp điện cho phân xưởng nén khí. * Trạm B5 cung cấp điện cho phân xưởng rèn. * Trạm B6 cung cấp điện cho trạm bơm, phân xưởng sửa chữa cơ khí và phân xưởng gia công gỗ. Số lượng máy biến áp đặt trong các trạm biến áp được chọn căn cứ vào yêu cầu cung cấp điện của phụ tải. Trong mọi trường hợp, trạm biến áp chỉ đặt một máy biến áp sẽ là kinh tế và thuận lợi cho việc vận hành, nhưng độ tin cậy cung cấp điện là không cao. Vì vậy, các trạm biến áp cung cấp điện cho hộ loại I và loại II ta đặt 2 máy biến áp, hộ loại III ta đặt 1 máy biến áp. 3. Chọn dung lượng máy biến áp. Dung lượng các máy biến áp được chọn theo điều kiện: n.khc.SđmB Stt (4.5) Và kiểm tra theo điều kiện sự cố một máy biến áp (với trạm có nhiều hơn 1 MBA): (n - 1).khc.kqt.SđmB Stt sc (4.6) Trong đó: n: Số máy biến áp đặt trong trạm. khc: Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường, ta chọn loại MBA chế tạo ở Việt Nam nên không cần hiệu chỉnh nhiệt độ, khc = 1. kqt: Hệ số quá tải sự cố, kqt = 1,4 nếu MBA vận hành trong chế độ quá tải sự cố không quá 5 ngày đêm, thời gian quá tải trong một ngày đêm không vượt quá 6 giờ và trước khi quá tải MBA vận hành với hệ số tải kt 0,93 Stt sc: Công suất tính toán sự cố. Khi sự cố một MBA có thể loại bỏ một số thiết bị không quan trọng để giảm nhẹ sự quá tải MBA, nhờ vậy có thể giảm nhẹ được vốn đầu tư và tổn thất của trạm trong chế độ làm việc bình thường. Giả thiết trong các hộ loại I có 30% là phụ tải loại 3 nên có: Stt sc = 0,7.Stt Trong các phương án thiết kế cung cấp điện hệ thống cao áp, ta sử dụng máy biến áp 10/0,4 kV do hãng ABB sản xuất tại Việt Nam; cáp cao áp 10 kV, cách điện XPLE, đai thép, vỏ PVC do hãng FURUKAWA (Nhật) chế tạo; cáp hạ áp 0,4 kV sử dụng cáp đồng cách điện PVC do LENS chế tạo. ỉ. Trạm biến áp B1: Cung cấp điện cho phân xưởng kết cấu kim loại đặt 2 MBA làm việc song song. Công suất tính toán của trạm là: Stt = 1593,87 kVA 2.SđmB Stt = 1593,87 (kVA) SđmB = = 796,94 (kVA) Ta chọn MBA 1000 - 10/0,4 có SđmB = 1000 kVA Kiểm tra lại dung lượng MBA đã chọn theo điều kiện quá tải sự cố: Stt sc là công suất tính toán của phân xưởng kết cấu kim loại đã cắt bớt các thiết bị không quan trọng trong phân xưởng. Điều kiện: 1,4.SđmB Stt sc = 0,7.Stt SđmB = 796,94 (kVA) Máy biến áp được chọn thoả mãn điều kiện. Vậy trạm biến áp B1 đặt hai MBA: 2 x 1000 kVA. ỉ. Trạm biến áp B2: Cung cấp điện cho phân xưởng lắp ráp cơ khí và ban quản lý nhà máy đặt 2 MBA làm việc song song. Công suất tính toán của trạm là: Stt = 1128,37 + 100,5 = 1228,87 kVA 2.SđmB Stt = 1228,87 (kVA) SđmB = = 614,44 (kVA) Ta chọn MBA 800 - 10/0,4 có SđmB = 800 kVA Kiểm tra lại dung lượng MBA đã chọn theo điều kiện quá tải sự cố: Stt sc là công suất tính toán của phân xưởng lắp ráp cơ khí và ban quản lý nhà máy đã cắt bớt các thiết bị không quan trọng trong phân xưởng. Điều kiện: 1,4.SđmB Stt sc = 0,7.Stt SđmB = 614,44 (kVA) Máy biến áp được chọn thoả mãn điều kiện. Vậy trạm biến áp B2 đặt hai MBA: 2 x 800 kVA. ỉ.Trạm biến áp B3: Cung cấp điện cho phân xưởng đúc đặt 2 MBA làm việc song song. Công suất tính toán của trạm là: Stt = 1381,4 kVA 2.SđmB Stt = 1381,4 (kVA) SđmB = = 690,7 (kVA) Ta chọn MBA 800 - 10/0,4 có SđmB = 800 kVA Kiểm tra lại dung lượng MBA đã chọn theo điều kiện quá tải sự cố: Stt sc là công suất tính toán của phân xưởng đúc đã cắt bớt các thiết bị không quan trọng trong phân xưởng. Điều kiện: 1,4.SđmB Stt sc = 0,7.Stt SđmB = 690,7 (kVA) Máy biến áp được chọn thoả mãn điều kiện. Vậy trạm biến áp B3 đặt hai MBA: 2 x 800 kVA. ỉ.Trạm biến áp B4: Cung cấp điện cho phân xưởng nén khí đặt 2 MBA làm việc song song. Công suất tính toán của trạm là: Stt = 714,48 kVA 2.SđmB Stt = 714,48 (kVA) SđmB = = 357,3 (kVA) Ta chọn MBA 500 - 10/0,4 có SđmB = 500 kVA Kiểm tra lại dung lượng MBA đã chọn theo điều kiện quá tải sự cố: Stt sc là công suất tính toán của phân xưởng nén khí đã cắt bớt các thiết bị không quan trọng trong phân xưởng. Điều kiện: 1,4.SđmB Stt sc = 0,7.Stt SđmB = 357,3 (kVA) Máy biến áp được chọn thoả mãn điều kiện. Vậy trạm biến áp B4 đặt hai MBA: 2 x 500 kVA. ỉ.Trạm biến áp B5: Cung cấp điện cho phân xưởng rèn đặt 2 MBA làm việc song song. Công suất tính toán của trạm là: Stt = 1174,8 kVA 2.SđmB Stt = 1174,8 (kVA) SđmB = = 587,4 (kVA) Ta chọn MBA 800 - 10/0,4 có SđmB = 800 kVA Kiểm tra lại dung lượng MBA đã chọn theo điều kiện quá tải sự cố: Stt sc là công suất tính toán của phân xưởng rèn đã cắt bớt các thiết bị không quan trọng trong phân xưởng. Điều kiện: 1,4.SđmB Stt sc = 0,7.Stt SđmB = 587,4 (kVA) Máy biến áp được chọn thoả mãn điều kiện. Vậy trạm biến áp B5 đặt hai MBA: 2 x 800 kVA. ỉ.Trạm biến áp B6: Cung cấp điện cho trạm bơm, phân xưởng sửa chữa cơ khí và phân xưởng gia công gỗ đặt 2 MBA làm việc song song. Công suất tính toán của trạm là: Stt = 286,07 + 144,47 + 294,64 = 725,2 kVA 2.SđmB Stt = 725,2 (kVA) SđmB = = 362,6 (kVA) Ta chọn MBA 500 - 10/0,4 có SđmB = 500 kVA Kiểm tra lại dung lượng MBA đã chọn theo điều kiện quá tải sự cố: Stt sc là công suất tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí, gia công gỗ và trạm bơm đã cắt bớt các thiết bị không quan trọng trong phân xưởng. Điều kiện: 1,4.SđmB Stt sc = 0,7.Stt SđmB = 362,6 (kVA) Máy biến áp được chọn thoả mãn điều kiện. Vậy trạm biến áp B6 đặt hai MBA: 2 x 500 kVA. Bảng 4 - 3: Kết quả chọn máy biến áp cho các trạm biến áp phân xưởng. Tên trạm Tên phân xưởng Stt KVA Stt trạm kVA SđmB kVA Số máy B1 Phân xưởng kết cấu kim loại 1593,87 1593,87 1000 2 B2 Phân xưởng lắp ráp cơ khí Ban quản lý nhà máy 1128,37 100,5 1228,87 800 2 B3 Phân xưởng đúc 1381,4 1381,4 800 2 B4 Phân xưởng nén khí 714,48 714,48 500 2 B5 Phân xưởng rèn 1174,8 1174,8 800 2 B6 Trạm bơm Phân xưởng sửa chữa cơ khí Phân xưởng gia công gỗ 286,07 144,47 294,64 725,2 500 2 4.Tổn thất công suất, tổn thất điện năng trong các máy biến áp. a. Tổn thất công suất trong các máy biến áp phân xưởng. Tổn thất công suất tác dụng của trạm biến áp có hai máy biến áp làm việc song song được xác định: (kW) (4.6) Tính cho trạm B1: Trạm B1 đặt 2 máy 1000 - 10/0,4 kV do hãng ABB chế tạo với các thông số sau: = 1,75 kW và kW Tổn thất công suất của trạm B1 là: = 20,01 (kW) Các trạm khác xác định tương tự, kết quả cho trong bảng sau: Bảng 4 - 4: Kết quả tính tổn thất công suất trong các trạm. TT Tên trạm SđmB (kVA) Số máy Stt (kW) (kW) (kW) trạm (kW) 1 B1 1000 2 1593,87 1,75 13 20,01 2 B2 800 2 1228,87 1,4 10,5 15,19 3 B3 800 2 1381,4 1,4 10,5 18,45 4 B4 500 2 714,48 1,0 7,0 9,15 5 B5 800 2 1174,8 1,4 10,5 14,12 6 B6 500 2 725,2 1,0 7,0 9,36 Tổng 86,28 b. Tổn thất điện năng trong các máy biến áp phân xưởng. Tổn thất điện năng trong trạm có hai máy biến áp làm việc song song: (kWh) (4.7) Trong đó: t = 8760 h - thời gian vận hành của máy biến áp, lấy bằng một năm. = 3300 h - thời gian tổn thất công suất lớn nhất. Tổn thất điện năng trong trạm B1: = 85152,04 (kWh) Đối với các trạm biến áp khác tính toán tương tự ta có bảng kết quả: Bảng 4 - 5: Kết quả tính tổn thất điện năng trong các trạm. TT Tên trạm SđmB (kVA) Số máy Stt (kW) (kW) (kW) (kWh) 1 B1 1000 2 1593,87 1,75 13 85152,04 2 B2 800 2 1228,87 1,4 10,5 65407,46 3 B3 800 2 1381,4 1,4 10,5 76185,36 4 B4 500 2 714,48 1,0 7,0 41104,25 5 B5 800 2 1174,8 1,4 10,5 61889,23 6 B6 500 2 725,2 1,0 7,0 41817,27 Tổng 371555,61 IV. Phương án đi dây mạng điện cao áp cho nhà máy. Khi thiết kế cung cấp điện cho một công trình, nhiệm vụ của người thiết kế là xác định được phương án cung cấp điện hợp lý nhất. Bởi vì, xác định được phương án đúng đắn và hợp lý sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới việc vận hành, khai thác và phát huy hiệu quả cung cấp điện. Một phương án cung cấp điện được coi là hợp lý nếu thoả mãn những yêu cầu cơ bản sau: + Đảm bảo chất lượng điện năng, tức là đảm bảo tần số và điện áp nằm trong phạm vi cho phép. + Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện. + Thuận tiện trong vận hành, lắp ráp và sửa chữa. + Có chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật hợp lý. Nhà máy được xếp vào hộ phụ tải loại I nên đường dây cung cấp cho nhà máy từ trạm BATG đến trạm PPTT dùng đường dây trên không lộ kép. Để đảm bảo an toàn và mỹ quan cho nhà máy thì mạng điện cao áp trong nhà máy ta sử dụng cáp ngầm. Với vị trí, số lượng các trạm BAPX đã tìm được ta tiến hành vạch các phương án đi dây. Do các phân xưởng đều thuộc hộ phụ tải loại I nên để đảm bảo tính liên tục cung cấp điện cho các phân xưởng ta dùng cáp lộ kép từ trạm PPTT về trạm BAPX. Ta đưa ra 4 phương án đi dây: Phương án I Các trạm BAPX được cấp điện trực tiếp từ trạm PPTT). Phương án II (Các trạm BAPX ở xa trạm PPTT được cấp điện liên thông qua các trạm BAPX ở gần trạm PPTT. Phương án này có trạm B1 được cấp điện qua trạm B3 và B6 được cấp điện qua trạm B5) Phương án III (Trạm B1 được cấp điện qua trạm B3, trạm B4 và B6 được cấp điện qua trạm B5). Phương án IV (Trạm B1 được cấp điện qua trạm B2, trạm B4 được cấp điện qua trạm B5) V. Tính toán kinh tế - lựa chọn phương án tối ưu. Với các phương án đã đưa ra, ta cần tìm ra một phương án vừa đảm bảo kỹ thuật vừa giảm được vốn đầu tư và chi phí vận hành. Bởi vậy ta so sánh các phương án trên để lựa chọn phương án tối ưu. Để tiến hành so sánh các phương án ta dựa vào các số liệu cơ bản: Tổng số vốn đầu tư V và chi phí vânh hành hàng năm Cvh. Trong giai đoạn thiết kế để lựa chọn phương án tối ưu ta không thể tính tổng vốn đầu tư V và chi phí vận hành hàng năm một cách chi tiết được mà ta chỉ tính đến những thành phần chủ yếu của công trình. Hàm chi phí tính toán của mỗi phương án được xác định: Z = (kkh + kbq + khq).V + CA = k.V + CA (4.8) Trong đó: kkh: Hệ số khấu hao. kbq: Hệ số bảo quản. khq: Hệ số hiệu quả. Tra bảng ta tìm được k = 0,245 V: Tổng vốn đầu tư. CA: Chi phí về tổn thất điện năng. CA = (4.9) : Tổn thất điện năng trong nhà máy. = 1000 đ/kWh: giá tiền 1kWh. Sau khi tính được chi phí tính toán cho các phương án, nếu chi phí tính toán của các phương án chênh lệch nhau không quá 10% thì các phương án được xem là tương đương về mặt kinh tế. Với các phương án để đưa ra so sánh ở trên đều có cùng số trạm BAPX dung lượng và số lượng các máy biến áp trong các trạm BAPX là như nhau. Do vậy ta chỉ xết đến vốn đầu tư cho cáp cao áp và tổn thất trong cáp cao áp.  1. Phương án I: a. Chọn cáp từ trạm PPTT về các trạm BAPX. Cáp cao áp từ trạm phân phối trung tâm về các trạm biến áp phân xưởng được chọn theo mật độ kinh tế của dòng điện Jkt. Đối với nhà máy cơ khí làm việc 3 ca, thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax = 4500 h, sử dụng cáp lõi đồng, tra bảng 5 (trang 294, TL1), tìm được Jkt = 3,1 A/mm2. Tiết diện kinh tế của cáp: Fkt = (mm2) (4.10) Các cáp từ trạm phân phối trung tâm về các trạm biến áp phân xưởng tải dòng điện tính toán theo công thức sau: Ilv max = (A) (4.11) - Với n là số lộ cáp cấp điện cho phụ tải. Dựa vào trị số Fkt tính ra được, tra bảng lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp. Cáp được chọn sẽ kiểm tra lại theo điều kiện phát nóng và tổn thất điện áp cho phép. + Kiểm tra theo điều kiện phát nóng của cáp khi xảy ra sự cố: khc.Icp Isc (4.12) Trong đó: Isc: Dòng điện khi xảy ra sự cố hư hỏng một cáp đối với cáp lộ kép, có: Isc = 2.Ilv max (4.13) khc = k1.k2 k1: Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ ứng với môi trường đặt cáp, lấy k1 = 1 k2: Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ ứng với số lượng cáp đi chung một rãnh, các rãnh cáp đặt 1 cáp có k2 = 1; các rãnh cáp đặt 2 cáp, khoảng cách giữa các sợi cáp là 300 mm, có k2 = 0,93. Icp: Dòng điện lâu dài cho phép, A + Tổn thất điện áp cho phép: = 5%.Uđm (4.14) Chọn cáp hạ áp theo điều kiện phát nóng cho phép. * Lựa chọn loại dây, tiết diện theo điều kiện: k1.k2.Icp Itt (4.15) Trong đó: k1: Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ ứng với môi trường đặt cáp, lấy k1 = 1 k2: Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ ứng với số lượng cáp đi chung một rãnh, các rãnh cáp đặt 1 cáp có k2 = 1; các rãnh cáp đặt 2 cáp, khoảng cách giữa các sợi cáp là 300 mm, có k2 = 0,93. Icp: Dòng điện lâu dài cho phép ứng với tiết diện cáp lựa chọn, A * Kiểm tra theo điều kiện ổn định nhiệt dòng ngắn mạch: F (4.16) Với: - IN = I'' = Ick dòng điện hạ áp ngắn mạch lớn nhất qua dây cáp (kA) - = 11 với cáp nhôm và = 6 với cáp đồng - t: thời gian cắt ngắn mạch * Kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp: = 5%.Uđm (4.17) ỉ. Chọn cáp từ trạm PPTT về trạm B1. Cáp từ trạm PPTT về trạm B1 là cáp lộ kép. Ilv max = = = 46,01 (A) Tiết diện kinh tế của cáp: Fkt = = = 14,84 (mm2) Tra bảng PL 4.32 (TL1), lựa chọn cáp XLPE có tiết diện 16 mm2 2 XLPE(3x16) với Icp = 110 (A). Kiểm tra tiết diện cáp theo điều kiện phát nóng: 0,93.Icp = 0,93.110 = 102,3 (A) > Isc = 2.46,01 = 92,02 (A). Tiết diện cáp đã chọn thoả mãn điều kiện phát nóng. + Kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép: Với cáp đã chọn tra bảng phụ lục ta có được: r0 = 1,47 () và x0 = 0,142 () Chiều dài cáp từ trạm PPTT về trạm B1 là 110 m = 11,15 (V) (V) < = 500 (V) Cáp đã chọn thoả mãn điều kiện tổn thất điện áp, vậy ta chọn cáp XPLE của FURUKAWA, có tiết diện 16 mm22 XPLE (3x16). ỉ. Chọn cáp từ trạm PPTT về trạm B2. Cáp từ trạm PPTT về trạm B2 là cáp lộ kép. Ilv max = = = 35,47 (A) Tiết diện kinh tế của cáp: Fkt = = = 11,44 (mm2) Tra bảng PL 4.32 (TL1), lựa chọn cáp XLPE có tiết diện 16 mm2 2 XLPE(3x16) với Icp = 110 (A). Kiểm tra tiết diện cáp theo điều kiện phát nóng: 0,93.Icp = 0,93.110 = 102,3 (A) > Isc = 2.35,47 = 70,94 (A). Tiết diện cáp đã chọn thoả mãn điều kiện phát nóng. + Kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép: Với cáp đã chọn tra bảng phụ lục ta có được: r0 = 1,47 () và x0 = 0,142 () Chiều dài cáp từ trạm PPTT về trạm B2 là 85 m = 5,5 (V) (V) < = 500 (V) Cáp đã chọn thoả mãn điều kiện tổn thất điện áp, vậy ta chọn cáp XPLE của FURUKAWA, có tiết diện 16 mm22 XPLE (3x16). ỉ. Chọn cáp từ trạm PPTT về trạm B3. Cáp từ trạm PPTT về trạm B3 là cáp lộ kép. Ilv max = = = 39,88 (A) Tiết diện kinh tế của cáp: Fkt = = = 12,86 (mm2) Tra bảng PL 4.32 (TL1), lựa chọn cáp XLPE có tiết diện 16 mm2 2 XLPE(3x16) với Icp = 110 (A). Kiểm tra tiết diện cáp theo điều kiện phát nóng: 0,93.Icp = 0,93.110 = 102,3 (A ) > Isc = 2.39,88 = 79,76 (A). Tiết diện cáp đã chọn thoả mãn điều kiện phát nóng. + Kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép: Với cáp đã chọn tra bảng phụ lục ta có được: r0 = 1,47 () và x0 = 0,142 () Chiều dài cáp từ trạm PPTT về trạm B3 là 45 m = 3,96 (V) (V) < = 500 (V) Cáp đã chọn thoả mãn điều kiện tổn thất điện áp, vậy ta chọn cáp XPLE của FURUKAWA, có tiết diện 16 mm22 XPLE (3x16). ỉ. Chọn cáp từ trạm PPTT về trạm B4. Cáp từ trạm PPTT về trạm B4 là cáp lộ kép. Ilv max = = = 20,63 (A) Tiết diện kinh tế của cáp: Fkt = = = 6,65 (mm2) Tra bảng PL 4.32 (TL1), lựa chọn cáp XLPE có tiết diện 16 mm2 2 XLPE(3x16) với Icp = 110 (A). Kiểm tra tiết diện cáp theo điều kiện phát nóng: 0,93.Icp = 0,93.110 = 102,3 (A) > Isc = 2.20,63 = 41,26 (A). Tiết diện cáp đã chọn thoả mãn điều kiện phát nóng. + Kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép: Với cáp đã chọn tra bảng phụ lục ta có được: r0 = 1,47 () và x0 = 0,142 () Chiều dài cáp từ trạm PPTT về trạm B4 là 110 m = 5,0 (V) (V) < = 500 V Cáp đã chọn thoả mãn điều kiện tổn thất điện áp, vậy ta chọn cáp XPLE của FURUKAWA, có tiết diện 16 mm22 XPLE (3x16). ỉ. Chọn cáp từ trạm PPTT về trạm B5. Cáp từ trạm PPTT về trạm B5 là cáp lộ kép. Ilv max = = = 33,91 (A) Tiết diện kinh tế của cáp: Fkt = = = 10,94 (mm2) Tra bảng PL 4.32 (TL1), lựa chọn cáp XLPE có tiết diện 16 mm2 2 XLPE(3x16) với Icp = 110 (A). Kiểm tra tiết diện cáp theo điều kiện phát nóng: 0,93.Icp = 0,93.110 = 102,3 (A) > Isc = 2.33,91 = 67,82 (A). Tiết diện cáp đã chọn thoả mãn điều kiện phát nóng. + Kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép: Với cáp đã chọn tra bảng phụ lục ta có được: r0 = 1,47 () và x0 = 0,142 () Chiều dài cáp từ trạm PPTT về trạm B5 là 70 m = 4,74 (V) (V) < = 500 V Cáp đã chọn thoả mãn điều kiện tổn thất điện áp, vậy ta chọn cáp XPLE của FURUKAWA, có tiết diện 16 mm22 XPLE (3x16). ỉ. Chọn cáp từ trạm PPTT về trạm B6. Cáp từ trạm PPTT về trạm B6 là cáp lộ kép. Ilv max = = = 20,93 (A) Tiết diện kinh tế của cáp: Fkt = = = 6,75 (mm2) Tra bảng PL 4.32 (TL1), lựa chọn cáp XLPE có tiết diện 16 mm2 2 XLPE(3x16) với Icp = 110 (A). Kiểm tra tiết diện cáp theo điều kiện phát nóng: 0,93.Icp = 0,93.110 = 102,3 (A) > Isc = 2.20,93 = 41,86 (A). Tiết diện cáp đã chọn thoả mãn điều kiện phát nóng. + Kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép: Với cáp đã chọn tra bảng phụ lục ta có được: r0 = 1,47 () và x0 = 0,142 () Chiều dài cáp từ trạm PPTT về trạm B6 là 115 m = 6,54 (V) (V) < = 500 (V) Cáp đã chọn thoả mãn điều kiện tổn thất điện áp, vậy ta chọn cáp XPLE của FURUKAWA, có tiết diện 16 mm22 XPLE (3x16). ỉ. Chọn cáp hạ áp từ TBA phân xưởng đến các phân xưởng: Cáp hạ áp được chọn theo điều kiện phát nóng cho phép. Đoạn đường cáp ở đây cũng rất ngắn, tổn thất điện áp không đáng kể, nên có thể bỏ qua không kiểm tra lại theo điều kiện . * Chọn cáp từ trạm biến áp B6 đến trạm bơm. Trạm bơm là hộ tiêu thụ loại I nên dùng cáp lộ kép để cung cấp điện. Ilv max = = = 217,32 (A) Điều kiện chọn cáp: Icp Imax, chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi, cách điện PVC do hãng LENS chế tạo tiết diện (3x120+70) mm2 với Icp = 346 A. Kiểm tra tiết diện cáp đã chọn theo điều kiện phát nóng: 0,93.Icp = 0,93.346 = 321,8 (A) < Isc = 2.217,32 = 434,6 (A) Cáp chọn không thoả mãn điều kiện phát nóng nên phải tăng tiết diện cáp lên (3x240+95) mm2 có Icp = 538 A. Kiểm tra tiết diện cáp đã chọn theo điều kiện phát nóng: 0,93.Icp = 0,93.538 = 500,3 (A) > Isc = 2.217,32 = 434,6 (A) Vậy chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi cách điện PVC do hãng LENS chế tạo tiết diện (3x240+95) mm2 với Icp = 538 A là thoả mãn. * Chọn cáp từ trạm biến áp B6 đến phân xưởng sửa chữa cơ khí. Phân xưởng sửa chữa cơ khí là hộ tiêu thụ loại III nên dùng cáp lộ đơn để cung cấp điện. Ilv max = = = 219,49 (A) Điều kiện chọn cáp: Icp Imax, chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi, cách điện PVC do hãng LENS chế tạo tiết diện (3x95+50) mm2 với Icp = 301 A. Vậy chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi cách điện PVC do hãng LENS chế tạo tiết diện (3x95+50) mm2 với Icp = 301 A là thoả mãn. * Chọn cáp từ trạm biến áp B2 đến ban quản lý nhà máy. Ban quản lý nhà máy là hộ tiêu thụ loại III nên dùng cáp lộ đơn để cung cấp điện. Ilv max = = = 152,69 (A) Điều kiện chọn cáp: Icp Imax, chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi, cách điện PVC do hãng LENS chế tạo tiết diện (3x50+35) mm2 với Icp = 206 A. Vậy chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi cách điện PVC do hãng LENS chế tạo tiết diện (3x50+35) mm2 với Icp = 206 A là thoả mãn. Bảng 4 - 6: Kết quả chọn cáp cao áp và hạ áp của phương án I Đường cáp F (mm2) L (m) r0 () R () Đơn giá (103đ/m) Thành tiền (103đ) PPTT - B1 3x16 110x2 1,47 0,081 58 12760 PPTT - B2 3x16 85x2 1,47 0,062 58 9860 PPTT - B3 3x16 45x2 1,47 0,033 58 5220 PPTT - B4 3x16 110x2 1,47 0,081 58 12760 PPTT - B5 3x16 70x2 1,47 0,051 58 8120 PPTT - B6 3x16 155x2 1,47 0,114 58 17980 B6 - 6 3x240+95 90x2 0,075 0,003 300 54000 B6 - 7 3x95+50 85 0,193 0,016 185 15725 B2 - 9 3x50+35 150 0,387 0,058 110 16500 Tổng 152925 b. Xác định tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng cao áp. ỉ. Xác định tổn thất công suất. Tổn thất công suất với đường dây lộ đơn: (kW) (4.18) Tổn thất công suất với đường dây lộ kép: (kW) (4.19) Trong đó: : Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây, kW. Stt: Tông suất tính toán, kVA. Uđm: Điện áp định mức, kV. R: Điện trở của đường dây, . + Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây từ trạm PPTT đến trạm B1: = 2,06 kW. + Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây từ trạm PPTT đến trạm B2: = 0,94 kW + Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây từ trạm PPTT đến trạm B3: = 0,63 kW + Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây từ trạm PPTT đến trạm B4: = 0,41 kW + Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây từ trạm PPTT đến trạm B5: = 0,70 kW + Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây từ trạm PPTT đến trạm B6: = 0,59 kW + Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây từ trạm B6 - 6. = 1,93 kW + Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây từ trạm B6 - 7. = 2,31 kW + Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây từ trạm B2 - 9. = 4,06 kW Bảng 4- 7: Tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây của phương án I Đường cáp F (mm2) L (m) r0 () R () Stt (kVA) (kW) PPTT - B1 3x16 110x2 1,47 0,08 1593,87 2,06 PPTT - B2 3x16 85x2 1,47 0,062 1228,87 0,94 PPTT - B3 3x16 45x2 1,47 0,033 1381,4 0,63 PPTT - B4 3x16 110x2 1,47 0,08 714,48 0,41 PPTT - B5 3x16 70x2 1,47 0,05 1174,8 0,70 PPTT - B6 3x16 155x2 1,47 0,114 725,2 0,59 B6 - 6 3x240+95 90x2 0,075 0,003 286,07 1,93 B6 - 7 3x95+50 95 0,193 0,017 144,47 2,31 B2 - 9 3x50+35 150 0,387 0,058 100,5 4,06 Tổng 13,63 ỉ. Xác định tổn thất điện năng trên các đường dây: Tổn thất điện năng trên các đường dây của phương án I. = . (kWh) Trong đó: : Tổng tổn thất công suất tác dụng của phương án I. : Thời gian tổn thất công suất lớn nhất, tra bảng 4-1 (TL1) nhà máy có Tmax = 4500h và cos= 0,76, ta tìm được = 3300h. Tổn thất điện năng trên các đường dây của phương án I là: = 13,63.3300 = 44979 kWh  c. Chi phí tính toán của phương án I. Khi tính toán vốn đầu tư xây dựng mạng điện ở đây ta chỉ xét đến giá thành các loại cáp khác nhau giữa các phương án, những phần giống nhau đã được bỏ qua không xét tới. Tổng vốn đầu tư cho cáp cao áp và cáp hạ áp của phương án I là: V1cáp =152,925.106 (đồng) Tổn thất điện năng trên các đường dây của phương án I là: = 44,979.103 kWh Chi phí tính toán của phương án I là: Z1 = k.V1cáp + Z1 = 0,245.152,925.106 + 44,979.103.1000 = 82,446.106 (đồng). 2. Phương án II. a. Chọn cáp từ trạm PPTT về các trạm BAPX. Thực hiện tính toán tương tự như phương án I ta được bảng kết quả chọn cáp của phương án II như sau. Bảng 4 - 8: Kết quả chọn cáp cao áp và hạ áp của phương án II. Đường cáp F (mm2) L (m) r0 () R () Đơn giá (103đ/m) Thành tiền (103đ) PPTT - B2 3x16 85x2 1,47 0,062 58 9860 PPTT - B3 3x50 45x2 0,494 0,011 120 10800 B3 - B1 3x16 95x2 1,47 0,069 58 11020 PPTT - B4 3x16 110x2 1,47 0,081 58 12760 PPTT - B5 3x25 70x2 0,93 0,033 72 10080 B5 - B6 3x16 130x2 1,47 0,096 58 15080 B6 - 6 3x240+95 90x2 0,075 0,003 300 54000 B6 - 7 3x95+50 85 0,193 0,016 185 15725 B2 - 9 3x50+35 150 0,387 0,058 110 16500 Tổng 155825 b. Xác định tổn thất công suất và tổn thấ điện năng. ỉ. Tổn thất công suất tác dụng. Tính như phương án I ta có bảng kết quả sau: Bảng 4.9: Tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây của phương án II. Đường cáp F (mm2) L (m) r0 () R () Stt (kVA) (kW) PPTT - B2 3x16 85x2 1,47 0,062 1228,87 0,94 PPTT - B3 3x50 45x2 0,494 0,011 2975,27 0,97 B3 - B1 3x16 95x2 1,47 0,069 1593,87 1,75 PPTT - B4 3x16 110x2 1,47 0,081 714,48 0,41 PPTT - B5 3x25 70x2 0,93 0,033 1900 1,19 B5 - B6 3x16 130x2 1,47 0,096 725,2 0,505 B6 - 6 3x240+95 90x2 0,075 0,0034 286,07 1,93 B6 - 7 3x95+50 85 0,193 0,016 144,47 2,31 B2 - 9 3x50+35 150 0,387 0,058 100,5 4,06 Tổng 14,07  ỉ. Xác định tổn thất điện năng trên các đường dây: Tổn thất điện năng trên các đường dây của phương án II. = . (kWh) Trong đó: : Tổng tổn thất công suất tác dụng của phương án II. : Thời gian tổn thất công suất lớn nhất, tra bảng 4-1 (TL1) nhà máy có Tmax = 4500h và cos= 0,76, ta tìm được = 3300h. Tổn thất điện năng trên các đường dây của phương án II là: = 14,07.3300 = 46,431.103 kWh c. Chi phí tính toán của phương án II. Tổng vốn đầu tư cho cáp cao áp và cáp hạ áp của phương án II là: V2cáp =155,825.106 (đồng) Tổn thất điện năng trên các đường dây của phương án II là: = 46,431.103 kWh Chi phí tính toán của phương án II là: Z2 = k.V2cáp + . Z2 = 0,245.155,825.106 + 46,431.103.1000 = 84,61.106 (đồng). 3. Phương án III. a. Chọn cáp từ trạm PPTT về các trạm BAPX. Thực hiện tính toán tương tự như phương án I ta được bảng kết quả chọn cáp của phương án III như sau. Bảng 4 - 10: Kết quả chọn cáp cao áp và hạ áp của phương án III. Đường cáp F (mm2) L (m) r0 () R () Đơn giá (103đ/m) Thành tiền (103đ) PPTT - B2 3x16 85x2 1,47 0,062 58 9860 PPTT - B3 3x50 45x2 0,494 0,011 120 10800 B3 - B1 3x16 95x2 1,47 0,069 58 11020 PPTT - B5 3x50 70x2 0,494 0,017 120 16800 B5 - B4 3x16 95x2 1,47 0,069 58 11020 B5 - B6 3x16 130x2 1,47 0,096 58 15080 B6 - 6 3x240+95 90x2 0,075 0,0034 300 54000 B6 - 7 3x95+50 85 0,193 0,016 185 15725 B2 - 9 3x50+35 150 0,387 0,058 110 16500 Tổng 160805 b. Xác định tổn thất công suất và tổn thấ điện năng. ỉ. Tổn thất công suất tác dụng. Tính như phương án I ta có bảng kết quả sau: Bảng 4.11: Tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây của phương án III. Đường Cáp F (mm2) L (m) r0 () R () Stt (kVA) (kW) PPTT - B2 3x16 85x2 1,47 0,062 1228,87 0,94 PPTT - B3 3x50 45x2 0,494 0,011 2975,27 0,97 B3 - B1 3x16 95x2 1,47 0,069 1593,87 1,75 PPTT - B5 3x50 70x2 0,494 0,017 2614,48 1,16 B5 - B4 3x16 95x2 1,47 0,069 714,48 0,35 B5 - B6 3x16 130x2 1,47 0,096 725,2 0,505 B6 - 6 3x240+95 90x2 0,075 0,0034 286,07 1,93 B6 - 7 3x95+50 85 0,193 0,016 144,47 2,31 B2 - 9 3x50+35 150 0,387 0,058 100,5 4,06 Tổng 13,98 ỉ. Xác định tổn thất điện năng trên các đường dây: Tổn thất điện năng trên các đường dây của phương án III. = (kWh) Trong đó: : Tổng tổn thất công suất tác dụng của phương án III. : Thời gian tổn thất công suất lớn nhất, tra bảng 4-1 (TL1) nhà máy có Tmax = 4500h và cos= 0,76, ta tìm được = 3300h. Tổn thất điện năng trên các đường dây của phương án III là: = 13,98.3300 = 46,134.103 kWh c. Chi phí tính toán của phương án III. Tổng vốn đầu tư cho cáp cao áp và cáp hạ áp của phương án III là: V3cáp =160,805.106 (đồng) Tổn thất điện năng trên các đường dây của phương án III là: = 46,134.103 kWh Chi phí tính toán của phương án III là: Z3 = k.V3cáp + Z3 = 0,245.160,805.106 + 46,134.103.1000 = 85,53.106 (đồng). 4. Phương án IV. a. Chọn cáp từ trạm PPTT về các trạm BAPX. Thực hiện tính toán tương tự như phương án I ta được bảng kết quả chọn cáp của phương án IV như sau. Bảng 4 - 12: Kết quả chọn cáp cao áp và hạ áp của phương án IV. Đường cáp F (mm2) L (m) r0 () R () Đơn giá (103đ/m) Thành tiền (103đ) PPTT - B2 3x50 85x2 0,494 0,021 120 20400 B2 - B1 3x16 60x2 1,47 0,044 58 6960 PPTT - B3 3x16 45x2 1,47 0,033 58 5220 PPTT - B5 3x25 70x2 0,93 0,033 72 10080 B5 - B4 3x16 95x2 1,47 0,069 58 11210 PPTT - B6 3x16 155x2 1,47 0,114 58 17980 B6 - 6 3x240+95 90x2 0,075 0,0034 300 54000 B6 - 7 3x95+50 85 0,193 0,016 185 15725 B2 - 9 3x50+35 150 0,387 0,058 110 16500 Tổng 158075 b. Xác định tổn thất công suất và tổn thấ điện năng. ỉ. Tổn thất công suất tác dụng. Tính như phương án I ta có bảng kết quả sau: Bảng 4.13: Tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây của phương án III. Đường Cáp F (mm2) L (m) r0 () R () Stt (kVA) (kW) PPTT - B2 3x50 85x2 0,494 0,021 2822,74 1,67 B2- B1 3x16 60x2 1,47 0,044 1593,87 1,12 PPTT - B3 3x16 45x2 1,47 0,033 1381,4 0,63 PPTT - B5 3x25 70x2 0,93 0,033 1889,28 1,18 B5 - B4 3x16 95x2 1,47 0,069 714,48 0,35 PPTT - B6 3x16 155x2 1,47 0,114 725,2 0,59 B6 - 6 3x240+95 90x2 0,075 0,0034 286,07 1,93 B6 - 7 3x95+50 85 0,193 0,016 144,47 2,31 B2 - 9 3x50+35 150 0,387 0,058 100,5 4,06 Tổng 13,84 ỉ. Xác định tổn thất điện năng trên các đường dây: Tổn thất điện năng trên các đường dây của phương án IV. = (kWh) Trong đó: : Tổng tổn thất công suất tác dụng của phương án IV. : Thời gian tổn thất công suất lớn nhất, tra bảng 4-1 (TL1) nhà máy có Tmax = 4500h và cos= 0,76, ta tìm được = 3300h. Tổn thất điện năng trên các đường dây của phương án IV là: = 13,84.3300 = 45,672.103 kWh c. Chi phí tính toán của phương án IV. Tính toán như phương án I ta có: Tổng vốn đầu tư cho cáp cao áp và cáp hạ áp của phương án IV là: V4cáp =158,075.106 (đồng) Tổn thất điện năng trên các đường dây của phương án IV là: = 45,672.103 kWh Chi phí tính toán của phương án IV là: Z4 = k.V4cáp + Z4 = 0,245.158,075.106 + 45,672.103.1000 = 84,400.106 (đồng). 5. So sánh kinh tế giữa các phương án. Bằng việc tính toán như trên ta có được bảng kết quả về kinh tế cho cả 4 phương án. Bảng 4-14: Tổng hợp chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của các phương án. Phương án V.10 6(đồng) A (kWh) Z.106 (đồng) Phương án I 82,44 44979 82,446 Phương án II 84,61 46431 84,61 Phương án III 85,53 46134 85,53 Phương án IV 84,398 45672 84,400 Nhận xét: Trong 4 phương án trên thì phương án có hàm chi phí tính toán nhỏ nhất là phương án I và phương án có hàm chi phí tính toán lớn nhất là phương án III. Độ chênh lệch về chi phí tính toán của phương án I và III là: Z1- 3% = .100 = .100 = 3,61% Từ những kết quả tính toán trên cho thấy cả 4 phương án đều tương đương nhau về mặt kinh tế do có chi phí tính toán chênh nhau không đáng kể ( 5%), vốn đầu tư mua máy biến áp và cáp, tổn thất điện năng cũng xấp xỉ nhau. Trong 4 phương án trên ta nhận thấy cả 3 phương án II, III, IV đều sử dụng sơ đồ nối liên thông, với các trạm BAPX ở xa trạm PPTT thì được cấp điện liên thông qua các trạm biến áp ở gần trạm PPTT. Chính vì độ tin cậy cung cấp điện của 3 phương án trên sẽ thấp hơn so với phương án I là phương án các trạm BAPX được cấp điện trực tiếp từ trạm PPTT, vốn đầu tư của phương án I cũng là nhỏ nhất. Với ưu điểm nổi trội hơn so với 3 phương án trên nên ta chọn phương án I là phương án tối ưu cấp điện cho các phân xưởng của nhà máy. Vậy ta sử dụng phương án I để thiết kế mạng điện cao áp cho nhà máy. VI. Thiết kế mạng điện cao áp cho nhà máy. 1. Chọn dây dẫn từ trạm biến áp trung gian về trạm phân phối trung tâm: Như trên đã phân tích nhà máy thuộc hộ tiêu thụ loại I nên được cấp điện từ hai nguồn độc lập. Đường dây cung cấp điện từ trạm trung gian về trạm phân phối trung tâm dài 5 km sử dụng đường dây trên không, dây nhôm lõi thép. Đối với nhà máy cơ khí hạng trung, tra cẩm nang có thời gian sử dụng công suất lớn nhất là Tmax = 4500 h. Với giá trị của Tmax, ứng với dây dẫn AC tra bảng 5 (trang 294, TL1) ta tìm được mật độ dòng điện kinh tế Jkt = 1,1 (A/mm2). Dòng điện tính toán chạy trên dây dẫn. Ittnm = = = 156,63 (A) Tiết diện dây kinh tế là: Fkt = = = 142,39 (mm2) Chọn dây nhôm lõi thép AC có tiết diện gần nhất F = 150 mm2. Tra bảng PL 4.12 (TL1) dây dẫn AC - 150 có Icp = 445 A. a. Kiểm tra theo dòng sự cố. Trường hợp sự cố đứt 1 dây thì dây còn lại phải truyền tải toàn bộ công suất, dòng qua dây dẫn đó là: Isc = 2.Ittnm = 2.156,63 = 313,26 (A) Icp = 445 (A) > Isc = 313,26 (A) b. Kiểm tra dây dẫn đã chọn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép. Tổn thất điện áp cho phép với đường dây = 5%Uđm = 500 (V). Dây dẫn AC - 150 có khoảng cách trung bình hình học Dtb = 2m, theo PL 4.6 (TL1) có r0 = 0,21 () và x0 = 0,358 (). = 513,98 (V) Vì > nên tiết diện dây dẫn AC - 150 đã chọn là không thoả mãn. Nên tiết diện dây dẫn phải chọn tăng lên 1 cấp, chọn dây dẫn lõi thép tiết diện 185mm2. Tra bảng PL 4.12 (TL1) dây dẫn AC - 185 có Icp = 515 A. Với dây dẫn AC - 185 có khoảng cách trung bình hình học Dtb = 2m, theo PL 4.6 (TL1) có r0 = 0,17 () và x0 = 0,357 (). = 489,8 (V) Vì < nên tiết diện dây dẫn AC - 185 đã chọn là thoả mãn. Vậy chọn đường dây trên không 2AC-185. 2. Lựa chọn sơ đồ trạm PPTT và các trạm BAPX. a. Sơ đồ trạm PPTT. Trạm phân phối trung tâm là nơi trực tiếp nhận điện từ hệ thống về để cung cấp điện cho nhà máy, do đó việc lựa chọn sơ đồ nối dây của trạm có ảnh hưởng lớn và trực tiếp đến vấn đề an toàn cung cấp điện cho nhà máy. Sơ đồ cần phải thoả mãn các điều kiện cơ bản như: đảm bảo liên tục cung cấp điện theo yêu cầu của phụ tải, phải rỏ ràng, thuận tiện trong vận hành và xử lý sự cố, an toàn lúc vận hành và sửa chữa, hợp lý về mặt kinh tế trên cơ sở đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật. Nhà máy cơ khí thiết kế được xếp vào phụ tải loại I, do tính chất quan trọng của nhà máy nên trạm phân phối được cung cấp bởi hai đường dây với hệ thống 1 thanh góp có phân đoạn, liên lạc giữa hai phân đoạn của thanh góp bằng máy cắt hợp bộ. Trên mỗi phân đoạn thanh góp đặt một máy biến áp đo lường 3 pha 5 trụ có cuộn tam giác hở báo chạm đất 1 pha trên cáp 10 kV. Để chống sét từ đường dây truyền vào trạm đặt chống sét van trên các phân đoạn thanh góp. Máy biến dòng được đặt trên tất cả các lộ vào ra của trạm có tác dụng biến đổi dòng điện lớn (sơ cấp) thành dòng điện 5A để cung cấp cho các dụng cụ đo lường và bảo vệ. Dòng điện tính toán toàn nhà máy là: Itt = = = 313,25 (A) Chọn dùng các tủ hợp bộ của hãng SIEMENS, máy cắt loại 8DC11, cách điện bằng SF6, không cần bảo trì. Hệ thống thanh góp đặt sẵn trong các tủ có dòng định mức 1250 A. Bảng 4-15: Thông số máy cắt đặt tại trạm PPTT. Loại MC Cách điện Iđm (A) Uđm (kV) ICắt N3s(kA) ICắt Nmax (kA) 8DC11 SF6 1250 12 63 25 Chọn chống sét van do hãng C00PER chế tạo có Uđm = 10 kV, loại giá đỡ ngang AZLP50B10. *Sơ đồ trạm PPTT: b. Sơ đồ các trạm biến áp phân xưởng. Các trạm biến áp phân xưởng đều đặt hai máy biến áp do ABB sản xuất tại Việt Nam. Vì các trạm biến áp phân xưởng đặt rất gần trạm phân phối trung tâm nên phía cao áp chỉ cần đặt dao cách ly và cầu chì. Dao cách ly dùng để cách ly máy biến áp khi cần sửa chữa. Cầu chì dùng để bảo vệ ngắn mạch và quá tải cho máy biến áp. Phía hạ áp đặt áptômát tổng và các áptômát nhánh, thanh cái hạ áp được phân đoạn bằng áptômát phân đoạn. Để hạn chế dòng ngắn mạch về phía hạ áp của trạm và làm đơn giản việc bảo vệ ta lựa chọn phương thức cho hai máy biến áp làm việc độc lập (áptômát phân đoạn của thanh cái hạ áp thường ở trạng thái cắt). Chỉ khi nào một máy biến áp bị sự cố mới sử dụng áptômát phân đoạn để cấp điện cho phụ tải của phân đoạn đi với máy biến áp bị sự cố. Để tiện lợi cho việc lắp đặt, vận hành và sửa chữa ta sử dụng chung một loại dao cách ly cho tất cả các trạm biến áp phân xưởng. Dòng điện tính toán cho trạm có công suất lớn nhất là: IttB1 = = = 92,02 (A). Chọn tủ hợp bộ loại 8DH10 của hãng Siemens, dao cách ly 3 vị trí, cách điện bằng SF6, không phải bảo trì. Bảng 4-16: Thông số kỹ thuật của tủ đầu vào 8DH10 Loại tủ Uđm, (kV) Iđm (A) Uchịu đựng (kV) IN chịu đựng 1s (kA) 8DH10 12 200 25 25 Các máy biến áp đã chọn ở chương III là do hãng ABB sản xuất tại Việt Nam đã có hiệu chỉnh về nhiệt độ. Thông số kỹ thuật của các máy biến áp như sau: Bảng 4-17: Thông số kỹ thuật của các máy biến áp do ABB sản xuất. SđmB (kVA) UC (kV) UH (kV) (W) (W) UN % 1000 10 0,4 1750 13000 5,5 800 10 0,4 1400 10500 5,5 500 10 0,4 1000 7000 4,5 Phía hạ áp đặt các áptômát tổng và các áptômát nhánh do hãng MerlinGeirn (Pháp) sản xuất đặt trong vỏ tủ tự tạo, số áptômát tuỳ thuộc vào số máy biến áp đặt trong trạm. Với trạm đặt hai máy biến áp thì đặt 5 tủ: 2 tủ áptômát tổng, 1 tủ áptômát phân đoạn và 2 tủ áptômát nhánh. Sơ đồ đấu nối các trạm có hai máy biến áp: c. Lựa chọn và kiểm tra áptômát. áptômát tổng, áptômát phân đoạn và áptômát nhánh đều chọn dùng các áptômát do hãng Merlin Gerin chế tạo. áptômát được chọn theo các điều kiện sau: * Đối với áptômát tổng và áptômát phân đoạn. Điện áp định mức: Uđm.A Uđm.m = 0,38 kV Dòng điện định mức: Iđm.A Ilvmax Với Ilvmax = ỉ. Trạm biến áp B1: Dòng lớn nhất qua áptômát tổng của máy có SđmBA = 1000 kVA với hệ số quá tải bình thường kqtbt = 1,3 là: Ilvmax = = = 1957,14 (A) ỉ. Trạm biến áp B2, B3, B5: Máy biến áp ở trạm B2, B3, B5 đều là loại 800 - 10/0,4 nên ta chọn áptômát chung cho các trạm. Dòng lớn nhất qua áptômát tổng của máy 800 kVA với hệ số quá tải bình thường kqtbt = 1,3 là: Ilvmax = = = 1580,1 (A) ỉ. Trạm biến áp B4, B6: Máy biến áp ở trạm B4, B6, đều là loại 500 - 10/0