Đồ án Tốt nghiệp Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng chế biến thức ăn gia súc

Đồ án tốt nghiệp THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG CHẾ BIẾN THỨC ĂN GIA SÚC Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 1 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG CHẾ BIẾN THỨC ĂN GIA SÚC CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHÂN XƯỞNG CHẾ BIẾN THỨC ĂN GIA SÚC Ngành chế biến thức ăn gia súc đã từ lâu là một trong những nghành tương đối quan trọng của nền kinh tế quốc dân. Với nhiệm vụ sản xuất chế biến thức ăn chăn nuôi đáp ứng nhu cầu của sự phát triển kinh tế trong nông nghiệp nói chung. Ngày nay, cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp khác, chế biến thức ăn gia súc cũng không ngừng phát triển cả về số lượng và chất lượng . Phân xưởng có tổng diện tích 6375m2 với các máy có công suất đặt cho trong bảng 1-1. Bảng 1-1: Tên và công suất đặt của máy trong phân xưởng. Ký hiệu trên mặt bằng Tên máy Số lượng Công suất đặt(KW) 1 Đóng bao 3 5KW 2 Nghiền bột 16 12KW 3 Lò hơi 6 20KW 4 Quạt thông gió 4 2KW Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 2 CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN Khi thiết kế cung cấp điện cho một công trình (cụ thể là phân xưởng 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 phân xưởng...). Tuỳ theo quy mô của công trình (hay của phân xưởng...) 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 phân xưởng thì chủ yếu dựa vào các máy móc thực tế đặt trong các phân xưởng 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 phân xưởng 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 phân xưởng , 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. Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 3 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 = dc dm η P (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. Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 4 - 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. ε% (2.2) + Đối với máy biến áp hàn: P'đm = Sđm.cosϕ . ε% (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 = t PΔ ; qtb = t QΔ (2.4) Trong đó: PΔ , QΔ : 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 = ∑ = n 1i tbip ; Qtb = ∑ = n 1i tbiq (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: Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 5 Phụ tải đỉnh nhọn (Pđnh) là phụ tải cực đại xuất hiện trong khoảng thời gian rất ngắn (1÷ 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 = dm tb p p (2.6) + Đối với nhóm thiết bị: ksd = dm tb P P = ∑ ∑ = = n 1i dmi n 1i tbi p p (2.7) Nếu có đồ thị phụ tải thì hệ số sử dụng được toán như sau: ksd = )t...t(tP tP...tPtP n21dm nn2211 +++ +++ (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: Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 6 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 = dm th−ctÕ P P = dm tb P P = ∑ ∑ = = n 1i dmi n 1i tbi p p (2.9) Nếu có đồ thị phụ tải thì hệ số sử dụng được tính như công thức (2.8) sau: kpt = )t...t(tP tP...tPtP n21dm nn2211 +++ +++ 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: 1kmax ≥ Hệ số cực đại là tỉ số giữa phụ tải tính toán và phụ tải trung bình trong khoảng thời gian đang xét: kmax = tb tt P P (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 = dm tt P P = tb tt P P . dm tb P P = 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): Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 7 nhq = 2 n 1i 2 dm n 1i dmi )(P P ∑ ∑ = = ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ (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* = n n1 ; P* = P P1 (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.∑ = n 1i diP (2.13) Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 8 Qtt = Ptt.tgϕ (2.14) Stt = tt2tt2 QP + = ϕcos Ptt (2.15) Một cách gần đúng có thể lấy Pđ = Pđm nên: Ptt = knc. ∑ = n 1i dmip (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. tgϕ : ứng với cosϕ đặc trưng cho nhóm thiết bị, tra ở sổ tay kỹ thuật. Nếu hệ số công suất cosϕ của các thiết bị trong nhóm không giống nhau thì phải tính hệ số công suất trung bình theo công thức sau: n21 nn2211 tb P...PP cosP...cosPcosP cos +++ +++= ϕϕϕϕ (2.17) Hệ số nhu cầu của các máy khác nhau thường được cho trong các sổ tay. ¾. 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: Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 9 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. ¾. 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 = max 0 T M.w (2.19) Trong đó: M: Số đơn vị sản phẩm sản xuất ra trong 1 năm (sản lượng). 0w : 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). ¾. 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). Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 10 ¾. 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, cosϕ của nhóm, sau đó từ số liệu đã cho xác định Pđmmax và Pđmmin. Tính: m = dmmin dmmax P P (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 : 3m ≤ và 0,4ksd ≥ 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 : 3m > và 0,2ksd ≥ , nhq sẽ được xác định theo biểu thức: nhq = dmmax n 1i dmi p p2.∑ = (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* = n n1 ; P* = P P1 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. Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 11 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 3n ≤ và 4nhq < , thì phụ tải tính toán được tính theo công thức: Ptt = ∑ = n 1i dmiP ( 2.23) Đối với thiết bị làm việc với chế độ ngắn hạn lặp lại thì: Ptt = 0,875 .Pdm ε (2.24) * Nếu 3n > và 4nhq < , thì phụ tải tính toán được tính theo công thức: Ptt = ∑ = n 1i dmipti .Pk (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) Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 12 * 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 = .3 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. ¾. 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. ¾. 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. ¾. 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 chế biến thức ăn gia súc : 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: Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 13 ¾. 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. ¾. 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. ¾. Tổng công suất các nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại tủ động lực cần dùng trong phân xưởng. 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 nhóm để từ đó xác định phụ tải tính toán cho từng nhóm thiết bị theo phương pháp hệ số cực đại kmax. 1. Xác định phụ tải chiếu sáng cho phân xưởng chế biến thức ăn gia súc : Phân xưởng có diện tích là 6375 m2, với công suất đặt là 1036800kW. Tra bảng PL 1.3 (TL.1) với phân xưởng chế biến có: knc = 0,3 cosϕ / tgϕ = 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 = 0,3.1036800 = 311040 (kW) Qđl = Pđl.tgϕ =311040.1,33 = 413683,2 (kVAr) 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 chế biến thức ăn gia súc được xác định theo công thức: Pcs = p0.F Trong đó: F: Diện tích khu vực sản xuất trong phân xưởng, (m2). Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 14 Diện tích phân xưởng: F = 6375 m2 p0: Suất phụ tải chiếu sáng trên một đơn vị diện tích, (kW/ m2). Đối với phân xưởng chế biến có p0 = 0,015 (kW/m2), đèn chiếu sáng trong phân xưởng là đèn sợi đốt có cosϕ = 1. Vậy phụ tải chiếu sáng cho phân xưởng chế biến thức ăn gia súc là: Pcs = 0,015.6375 = 95,625 (kW). Qcs = Pcs.tg csϕ = 0 (kVAr). Công suất tính toán tác dụng của phân xưởng: Ptt = Pđl + Pcs = 311040 + 95,625 = 311135,625 (kW) Công suất tính toán phản kháng của phân xưởng: Qtt = Qđl + Qcs = 413683,2 + 0 = 413683,2 (kVAr) Công suất tính toán toàn phần của phân xưởng: Stt = tt2tt2 QP + =313873 (kVA) Dòng điện tính toán của phân xưởng: Itt = dm tt .U3 S = 477010 (A) Phụ tải tính toán tác dụng toàn phân xưởng: Pttnm = kđt.∑ = 9 1i ttiP Trong đó: kđt: Hệ số đồng thời lấy bằng 0,8. Pttnm = 0,8. 311135,625 = 248908,5(kW) Phụ tải tính toán phản kháng toàn phân xưởng Qttnm = kđt.∑ = 9 1i ttiQ Trong đó: kđt: Hệ số đồng thời lấy bằng 0,8. Qttnm = 0,8. 413683,2 = 330946,56(kVAr) Phụ tải tính toán toàn phần của phân xưởng Sttnm = ttnm2ttnm2 QP + = 2510989 (kVA) Hệ số công suất của phân xưởng cosϕ = ttnm ttnm S P =0,9 Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 15 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP CHO PHÂN XƯỞNG CHẾ BIẾN THỨC ĂN GIA SÚC I. Sơ đồ cung cấp điện của phân xưởng chế biến thức ăn gia súc Sơ đồ nối dây mạng hạ áp có hai dạng cơ bản là mạng hình tia và mạng phân nhánh. ¾. 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... ¾. 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 chế biền thức ăn gia súc 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. Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 16 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. • 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, 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 Itt = 38,0.3 47,144 U.3 S dm tt = = 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. 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 chế biến thức ăn gia súc 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: Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 17 AT A6 A2 A1 A5 A4 A3 ĐL1 ĐL2 ĐL3 ĐL4 ĐL5 CS Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 18 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 = dm tt .U3 S 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: Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 19 Itt = dm tt .U3 S = .0,383 144,47 = 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 ≥ 21 ttpx .kk I = 0,95.0,9 219,5 = 256,7 A Vậy ta chọn thanh dẫn có tiết diện F = 75 mm2 với Icp = 340 A. 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: C60N NS400L C60N ĐL1 ĐL2 ĐL3 ĐL4 ĐL5 CS C60N C60N C60N NC100H Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 20 khc.Icp ≥ Ilvmax ta còn phải phối hợp điều kiện bảo vệ: khc.Icp 1,5 IkdnhiÖt≥ 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. • 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 ≥ 1,5 IkdnhiÖt = 1,5 1,25.IdmA1 = 1,5 1,25.63 = 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. • 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 Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 21 Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 22 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 = ϕ.cos.U3 P dm dmdc UđmA ≥ Uđmmđ Nếu áptômát bảo vệ cho một nhóm động cơ thì: IđmA ≥ ∑ dmdcI UđmA ≥ Uđmmđ 4.2. Chọn dây dẫn. Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 23 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 ≥ 1,5 IkdnhiÖt = 1,5 1,25.IdmA 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: • áptômát tổng: Ta chọn áptômát loại C60N giống áptômát ở đầu ra của tủ phân phối • áptômát nhánh: Các áptômát nhánh chọn do hãng Merlin Gerin chế tạo. ¾. Chọn cáp hạ áp từ TBA 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 cpUΔ . 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. Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 24 Dòng điện tính toán cho trạm có công suất lớn nhất là: IttB1 = dm B1 .U3 S = .103 1593,87 = 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) 0PΔ (W) NPΔ (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: Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 25 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 = dm.m dm.BAqtbt .U3 .Sk c. Lựa chọn và kiểm tra cầu chì cao áp trạm BAPX. ¾. Chọn cầu chì. Cầu chì là khí cụ điện dùng để bảo vệ mạch điện khi ngắn mạch hoặc quá tải. Thời gian cắt của cầu chì phụ thuộc vào vật liệu làm dây chảy. Cầu chì được chọn theo các điều kiện: Điện áp định mức: Uđm CC ≥ Uđm.m Dòng điện định mức: Iđm CC ≥ Icb Dòng điện cắt định mức: Iđm C ≥ IN Trong đó Icb là dòng điện cưỡng bức được xác định tuỳ thuộc vào số máy biến áp trong trạm. Nếu trạm một máy biến áp thì Icb = 1,25.Iđm B Nếu trạm hai máy biến áp thì Icb = 1,4. Iđm B Tñ A tængM¸y biÕn ¸p 10/ 0,4 Tñ A nh¸nh Tñ A ph©n ®o¹n Tñ A nh¸nh Tñ A tæng Tñ cao ¸p 8DH-10M¸y biÕn ¸p 10/ 0,4Tñ cao ¸p 8DH-10 Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 26 Do giá thành của cầu chì không lớn nên ta chọn các cầu chì cao áp cùng loại dựa trên các điều kiện chọn cầu chì với dòng cưỡng bức lớn nhất và kiểm tra lại theo điều kiện ngắn mạch. Các trạm của PX có hai trạm biến áp. + Máy có Sđm = 1000 kVA thì có dòng cưỡng bức là: Icb = 1,4.Iđm B = .103 1,4.1000 = 80,83 (A) + Máy có Sđm = 800 kVA thì có dòng cưỡng bức là: Icb = 1,4.Iđm B = .103 1,4.800 = 64,66 (A) + Máy có Sđm = 500 kVA thì có dòng cưỡng bức là: Icb = 1,4.Iđm B = .103 1,4.500 = 40,42 (A) Vậy dòng cưỡng bức lớn nhất là Icb.max = 80,83 A Ta chọn cầu chì loại 3GD1 220 - 3B với các thông số: Bảng 4-21: Thông số của cầu chì. Loại cầu chì Uđm CC (kV) Iđm CC (A) ICắt N (kA) ICắt N min (A) 3GD1 220 - 3B 12 100 40 400 ¾. Kiểm tra cầu chì. Điện áp định mức: Uđm CC = 12 kV > Uđm m = 10 kV. Dòng điện định mức: Iđm CC = 100 A > Icb max = 80,83 A Dòng cắt định mức: Iđm C = 40 kA > INmax = 2.51 kA Vậy cầu chì được chọn thoả mãn. d. Lựa chọn và kiểm tra dao cách ly cao áp. ¾. Chọn dao cách ly. Nhiệm vụ chủ yếu của dao cách ly là tạo ra một khoảng hở được trông thấy giữa bộ phận mang điện và bộ phận cắt điện nhằm mục đích đảm bảo an toàn cho nhân viên sửa chữa thiết bị khi làm việc. Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 27 Để dể dàng cho việc mua sắm, lắp đặt và thay thế ta sẽ dùng chung một loại dao cách ly cho các trạm biến áp. Dao cách ly được chọn theo điều kiện: Điện áp định mức: Uđm DCL ≥ Uđm m = 10 kV Dòng điện định mức: Iđm DCL ≥ Ilv max Dòng điện ổn định động cho phép: iđm đ ≥ ixk Ta chọn dao cách ly loại 3DC do hãng SIEMENS chế tạo có các thông số: Bảng 4-22: Thông số dao cách ly. Loại DCL Uđm DCL (kV) Iđm DCL (A) INt (kA) IN max (kA) 3DC 12 400 16 40 ¾. Kiểm tra dao cách ly. Điện áp định mức: Uđm DCL = 12 kV > Uđm m = 10 kV Dòng điện định mức: Iđm DCL = 400( A) > Ilvmax = .103 1593,87 = 92,02 (A) Dòng điện ổn định động cho phép: iđm đ = 40 (kA) > 6,36 (kA) Vậy dao cách ly chọn thoả mãn điều kiện. e. Lựa chọn và kiểm tra máy biến điện áp. Trên mỗi phân đoạn thanh góp trạm phân phối trung tâm đặt một máy biến điện áp BU loại 3 pha 5 trụ 4MR12 của hãng SIEMENS chế tạo. Thông số kỹ thuật của máy biến điện áp cho trong bảng. Bảng 4-23: Thông số máy biến điện áp. Thông số kỹ thuật 4MR12 Uđm (kV) 12 Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 28 U chịu đựng tần số công nghiệp 1' (kV) 28 U chịu đựng xung 1,2/50 sμ (kV) 75 U1 đm (kV) 11,5/ 3 U2đm (V) 100/ 3 Tải định mức (VA) 350 Kiểm tra lại theo điều kiện điện áp định mức phía sơ cấp của BU U1đm BU = 12 kV > Uđm m = 10 kV Vậy máy biến điện áp thoả mãn điều kiện. f. Lựa chọn và kiểm tra máy biến dòng điện. Máy biến dòng BI được chọn theo các điều kiện: Điện áp định mức: Uđm BI ≥ Uđm m Dòng điện sơ cấp định mức: Iđm BI > Itt Itt = .1031,2. .Sk 1,2 I dm.BAqtmax = = .1031,2. 1,3.1000 = 62,55 (A) Bảng 4-24: Thông số kỹ thuật của máy biến dòng điện. Thông số kỹ thuật 4MA72 Uđm (kV) 12 U chịu đựng tần số công nghiệp 1' (kV) 28 U chịu đựng xung 1,2/50 sμ (kV) 75 I1đm (A) 20 - 2500 I2đm (A) 1 hoặc 5 Iôđ nhiệt 1s (kA) 80 Iôđ động (kA) 120 3.2 Tính ngắn mạch phía hạ áp của phân xưởng chế biến thức ăn gia súc để kiểm tra cáp và áptômát. Khi tính toán ngắn mạch phía hạ áp ta xem máy biến áp B6 là nguồn (được nối với hệ thống vô cùng lớn) vì vậy điện áp trên thanh cái cao áp của trạm được coi là không thay đổi khi ngắn mạch, ta có: IN = I'' = ∞I . Giả thiết này sẽ làm cho giá trị dòng ngắn mạch tính toán được sẽ lớn hơn thực tế khô mạ độn kiệ tuy tra tươ phé nhiều bởi ng thay đ ch tính to g và ổn đ n thực tế. ến cáp có thêm các ng tự. Hình 4 Hình 4 3.2.1. C *Điện Sđm = 5 nPΔ = 7 Un% = RB = Δ XB = U * Than Các th p: khc.Icp rất khó g ổi khi xẩy án này mà ịnh nhiệt Để giảm n khả năng tuyến cáp .2: Sơ đồ .3: Sơ đồ ác thông trở và điện 00 kVA ,0 kW 4,5 dm 2 dm 2 n S .UP = dm 2 dm 2 n 100.S %.U h góp trạ anh góp đ ≥ Icb = 3 iữ được đ ra ngắn m các thiết thì chúng hẹ khối lư xẩy ra sự c còn nghi nguyên lý thay thế số của sơ kháng c (0,5) 0.(007,0 = 100.(0 ,0.(5,4 m biến áp ược chọn 3 15 .U S dm tt = ấ iện áp trên ặch sau bị lựa ch hoàn toàn ợng tính t ố nặng nề vấn, việc đồ thay t ủa máy biế 2 2)4, = 4,4 25) 2)4 = 28,8 phân xưở theo điều 24 .0,38 93,87 = thanh cá MBA. Son ọn thoả m có thể là oán, ở đây nhất. Khi tính toán hế: n áp: 8 mΩ mΩ ng - TG1: kiện dòn 21,6 A i cao áp c g nếu với ãn điều k m việc tố ta sẽ chỉ k cần thiết cũng đượ g điện phá 2 ủa TBAP dòng ngắ iện ổn địn t trong điề iểm tra vớ có thể kiểm c tiến hàn t nóng ch 9 P n h u i h o Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 30 Chọn loại thanh dẫn bằng đồng có kích thước (100x10) mm2, mỗi pha ghép 3 thanh với Icp = 4650 A. Kích thước: 100x10 mm2 mỗi pha ghép ba thanh Chiều dài: l = 1,2 m Khoảng cách trung bình hình học: D = 300 mm Tra PL 4.11 (TL1), tìm được: r0 = 0,020 mΩ /m → RTG1 = .0,020.1,2 3 1 .l.r 3 1 0 = = 0,008 mΩ x0 = 0,157 mΩ /m → XTG1 = .0,157.1,2 3 1 .l.x 3 1 0 = = 0,0628 mΩ * Thanh góp trong tủ phân phối - TG2: Chọn theo điều kiện: khc.Icp ≥ Ittpx = 219,5 A (lấy khc = 1) Chọn loại thanh cái bằng đồng có kích thước: 30x3 mm2 với Icp = 405 A Chiều dài: l = 1,2 m Khoảng cách trung bình hình học: D = 300 mm Tra PL 4.11 (TL1), tìm được: r0 = 0,223 mΩ /m → RTG2 = r0.l = 0,223.1,2 = 0,2676 mΩ x0 = 0,235 mΩ /m → XTG2 = x0.l = 0,235.1,2 = 0,282 mΩ * Điện trở và điện kháng của aptômát Tra PL 3.12 và PL 3.13 (TL1) tìm được: • áptômat loại C10001N: RA1 = 0,11 mΩ XA1 = 0,08 mΩ • áptômat loại NS400L: RA2 = 0,15 mΩ XA2 = 0,1 mΩ RT2 = 0,4 mΩ • áptômat loại NC100H: RA3 = 1,3 mΩ XA3 = 0,86 mΩ RT3 = 0,75 mΩ * Cáp tiết diện 3x95 + 50 mm2 - C1: Chiều dài: l = 85 m. Tra PL 4.28 (TL1), tìm được: r0 = 0,193 mΩ /m → RC1 = r0.l = 0,193.85 = 16,41 mΩ x0 = 0,06 mΩ /m → XC1 = x0.l = 0,06.85 = 5,1 mΩ * Cáp tiết diện 4G - 10 mm2 - C2: Chiều dài: l = 50 m. Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 31 Tra PL 4.29 (TL1), tìm được: r0 = 1,83 mΩ /m → RC2 = r0.l = 1,83.50 = 91,5 mΩ x0 = 0,07 mΩ /m → XC2 = x0.l = 0,07.50 = 3,5 mΩ 3.2.2. Tính toán ngắn mạch và kiểm tra các thiết bị đã chọn: a. Tính ngắn mạch tại N1: C1T2A2A1B1 R2.R2.RRRR ++++=∑ 16,41 2.0,4 2.0,15 0,11 4,48R 1 =++++=∑ 22,1 mΩ C1A2A1B1 X2.XXXX +++=∑ 1X∑ = 28,8 + 0,08 + 2.0,1 + 5,1 = 34,18 mΩ 1 2 1 2 1 XRZ ∑∑∑ += = 22 18,341,22 + = 40,7 mΩ IN1 = .40,73 400 .Z3 U 1 = ∑ = 5,67 kA ixk1 = 14,43.1,8.I2 N1 = kA • Kiểm tra áptômát. Loại C10001N có Icắt N = 25 kA Loại NS400L có Icắt N = 50 kA Vậy các áptômát đã chọn đều thoả mãn điều kiện ổn định động. • Kiểm tra cáp tiết diện 3x95 + 50 mm2: Tiết diện ổn định nhiệt của cáp F ≥ qdt.I∞.α = 6.5,67. 4,0 = 18,64 mm2 Vậy chọn cáp 3x95 + 50 mm2 là hợp lý. b. Tính ngắn mạch tại N2: 2R∑ = 1R∑ +2.RA3 + 2.RT3 + RTG2 + RC2 = 22,1 + 2.1,3 + 2.0,75 + 0,2672 + 91,5 = 117,96 mΩ 2X∑ = 1X∑ + 2.XA3 + XTG2 + XC2 = 40,7 + 2.0,86 + 0,282 + 3,5 = 46,2 mΩ 2 2 2 2 2 XRZ ∑∑∑ += = 22 2,4696,117 + = 126,7 mΩ IN2 = 1,83 .126,73 400 .Z3 U 2 == ∑ ixk2 = 4,66.1,8.I2 N2 = kA • Kiểm tra áptômát: Loại NC100H có IN = 6 kA Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 32 Vậy áptômát đã chọn đều thoả mãn điều kiện ổn định động. • Kiểm tra cáp tiết diện 4G10 mm2: Tiết diện ổn định nhiệt của cáp F ≥ qdt.I∞.α = 6.1,83. 4,0 = 5,9 mm2 Vậy chọn cáp 4G10 là hợp lý. Kết luận: Các thiết bị đã lựa chọn cho mạng điện hạ áp của phân xưởng chế biến thức ăn gia súc đều thoả mãn các điều kiện kỹ thuật cần thiết. PHẦN II. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CHO PHÂN XƯỞNG CHẾ BIẾN THỨC ĂN GIA SÚC Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 33 CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM VỀ ÁNH SÁNG I. Khái niệm chung về ánh sáng. 1. Sóng điện từ. Ta gọi bức xạ điện từ của một vật là hiện tượng lan truyền đồng thời theo đường thẳng của điện trường biểu diễn bằng véctơ cường độ điện trường E r và từ trường biểu diễn bằng véctơ từ cảm B r , chúng có các tính chất sau đây: + Sự phân bố trường theo phương truyền ký hiệu xr là xoay chiều hình sin có bước sóng λ và tiến hành trong hai mặt phẳng vuông góc sao cho xr , E r , B r tạo nên một tam diện thuận. + Các biên độ của trường tại mọi thời điểm tỷ lệ nghịch với khoảng cách từ điểm đó đến nguồn phát. + Sự phân bố điện trường từ ở xa nguồn có biên độ suy giảm, có vận tốc phụ thuộc vào môi trường truyền sóng, còn gọi là vận tốc truyền hay vận tốc pha. Do vậy ở một thời điểm đã cho trong không gian trường điện tử có tần số giao động ν . Một nguồn bức xạ bất kỳ phát ra vô số bức xạ: + Số phương xung quanh nguồn là vô hạn. + Với mỗi phương xr có vô số mặt phẳng có thể chứa E r và B r . + Trong mỗi cặp mặt phẳng chứa E r và B r có vô số sóng điện từ gọi là "sóng phẳng" có bước sóng λ . Khi đó, vận tốc truyền sóng là: C = λν . (m/s) Nếu trong môi trường không khí C = 3.108 (m/s) Khi đã có vận tốc truyền sóng, người ta cũng chứng minh được là năng lượng điện từ truyền tải có quan hệ với các tích véctơ BE rr ∧ và được thể hiện bằng lượng điện tử hữu hạn tuân theo các quy luật cơ học lượng tử. Có thể nói một cách đơn giản rằng sóng điện từ truyền các "hạt" nhỏ năng lượng gọi là các phôtôn năng lượng. Năng lượng: W = h.ν Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 34 Trong đó: h: là hằng số Blank lấy bằng 6,6.10-34 J/Hz 2. Khái niệm về ánh sáng. Mọi vật đều bức xạ ra không gian một năng lượng nhất định dưới dạng sóng của điện từ. Năng lượng đó phát sinh ra do sự dao động của các phần tử vật chất cấu tạo nên vật. Khi các phân tử hay nguyên tử bị kích thích các điện tử (electron) của chúng sẽ thay đổi mức năng lượng khác, đồng thời giải phóng năng lượng dưới dạng sóng điện từ và các hạt phôtôn. Các bức xạ của một vật phát ra có tất cả các bước sóng từ 0 đến vô cùng, nhưng thực nghiệm đã xác định được rằng chỉ các bức xạ có bước sóng nằm trong dải ưu tiên hẹp từ 380 nm ÷ 760 nm mới có tác dụng lên tế bào thần kinh võng mạc và gây ra cảm giác nhìn thấy của mắt người còn gọi là ánh sáng nhìn thấy. Như vậy, ánh sáng nhìn thấy được là những sóng điện từ có mang theo năng lượng. Trong quá trình thiết kế ta chỉ quan tâm đến dải ánh sáng nhìn thấy được mà thôi. II. Phổ của ánh sáng. Năng lượng của ánh sáng phân bố không đều cho từng bước sóng, đồng thời gây cảm giác cho mắt người của từng loại bức xạ khác nhau. Nghĩa là mỗi bước sóng xác định sẽ gây ra trong mắt người một cảm giác màu sắc nhất định. Người ta cũng đã chứng minh được rằng phổ của các bước sóng ánh sáng gồm 7 màu sắc khác nhau từ cận màu tím tương ứng với bước sóng λ = 780 nm. Giữa các màu này không có ranh giới rõ rệt, do đó phổ ánh sáng thấy được là phổ liên tục. Trong quang phổ của ánh sáng nhìn thấy được, mắt ta nhậy cảm nhiều nhất đối với ánh sáng có bước sóng λ = 550 nm. Còn với hai cận tím màu và màu đỏ tương ứng với các bước sóng λ = 380 nm và λ = 780 nm thì mắt ta hầu như không có tác dụng gây cảm giác sáng. Vì vậy, trong thiết kế chiếu sáng cần chú ý tới đặc điểm này để tạo điều kiện ánh sáng phù hợp với hoạt động của mắt. Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 35 Khi nghiên cứu về y học, người ta đã công nhận mắt người là một bộ phận thu " thông dải" rất tinh vi, hơn nữa mắt có nhậy cảm màu đi từ màu tím đến màu đỏ tương ứng với mỗi bước sóng của dải 380 ÷ 780 nm. Sự nhậy cảm này thay đổi theo từng người và đã được Uỷ ban quốc tế về chiếu sáng (C.I.E) mã hoá đưa ra các giới hạn cực đại của phổ màu: 380 nm 439 nm 498 nm 568 nm 592 nm 631 nm 760 nm Tử ngoại Tím 412 max Xanh da trời 470 Xanh lá cây 515 Vàng 577 Da cam 600 Đỏ 673 Hồng ngoại III. Độ nhạy của mắt với ánh sáng. Nếu đánh giá nhạy cảm thì thu nhận của mắt đối với ánh sáng có bước sóng λ = 550 nm là đơn vị thì cảm giác thu nhận của mắt đối với ánh sáng màu khác sẽ được biểu thị bằng một số nhỏ hơn 1 gọi là đô nhạy K đối với ánh sáng màu đỏ. Độ nhạy tương đối Kλ với ánh sáng có bước sóng λ nào đó được định nghĩa là tỷ số giữa thông lượng bức xạ của ánh sáng màu λ = 550 nm với thông lượng bức xạ tương đương với ánh sáng bước sóng λ đang xét. Thông lượng tương đương ở đây có nghĩa là thông lượng có độ lớn cần thiết để gây cho mắt có cảm giác về độ sáng tương đương với cảm giác do thông lượng của ánh sáng màu có bước sóng λ = 550 nm. Kλ = λF F550 Trong đó: F550: thông lượng của ánh sáng có bước sóng λ = 550 nm. Fλ : thông lượng của ánh sáng có bước sóng λ cần tìm. IV. Các đại lượng đo ánh sáng. Khái niệm về quang thông là khái niệm đầu tiên mà con người thấy được là ánh sáng ngọn nến và đèn măng song không cho cùng một lượng sáng. Nhưng khái niệm này không nêu nên bất kỳ sự phân bố ánh sáng nào đó trong các miền khác nhau của không gian chiếu sáng, hơn nữa nó không thể đo được. Điều này thúc đẩy nhà vật lý Lambert ở thế kỷ 18 đã đưa ra các lý h ngu cầu sán phư gia chắ về phả qua cấu phả cơ sở của ọc. 1. Góc Góc kh ồn sáng v Ta giả rỗng có b Hình n g nhìn mặ Góc k ơng của b Ω = R Ta có n, tức là to Ω = R Đơn vị Vậy 1 n trên mộ 2. Cườ Là đại quang thô Xét m i mọi vị tr ng thông trúc của i là nguồ phép đo á khối (Ω ). ối Ω là p à có đườn thiết rằng án kính R ón đỉnh O t S dưới g hối Ω đư án kính R 2 S giá trị cực àn bộ mặt 2 S = 2R .R4.π của góc k Sr là một t mặt cầu c ng độ sán lượng mớ ng. ột nguồn s í nào trên của nguồn nguồn sán n điểm). V nh sáng d hần khôn g sinh tựa có một n và ký hiệu cắt S trê óc đó. ợc định n : đại của g cầu: 2 = 4.π hối là Ster góc khối ó diện tích g - αI (Cd) i nhất đưa áng O gở mặt phẳng sáng phá g không đ ì vậy, để ấ ựa trên cơ g gian hìn trên chu v guồn sáng S là nguy n hình cầu ghĩa là tỷ óc khối Ω ađian, ký có đỉnh tạ bằng bìn . vào hệ đơ i ánh sáng đó đều n t ra theo từ ối xứng ( đặc trưn sở quang h nón có i của mặt đ có đặt ta ên tố mặt biểu diễn số của khi từ tâm hiệu là Sr. i tâm của h phương n vị SI hợ lên một hận được ng phươn nguồn sán g cho sự học, hình đỉnh nằm ược chiếu i tâm O củ của hình c góc khố diện tích O ta chắ mặt cầu t bán kính m p lý hoá từ mặt S nào ánh sáng n g không đ g trong thự phân bố n 3 học và sin tại tâm củ sáng. a một hìn ầu này. i Ω , nguồ S với bìn n cả khôn ưởng tượn ặt cầu đó khái niệm đó. khôn hư nhau, v ồng đều d c tế khôn hiều hay 6 h a h n h g g . g ì o g ít Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 37 quang thông theo từng phương của nguồn sáng người ta đưa ra khái niệm cường độ ánh sáng. Như vậy, cường độ ánh sáng của một nguồn sáng theo một phương nào đó là quang thông mà nguồn gửi đi trong một đơn vị góc khối nằm theo phương ấy. Gọi αI là cường độ ánh sáng của nguồn theo phương α nào đó thì ta có: αI = Ωd dFα Trong đó: αdF : là vi phân của quang thông gửi đi trong 1 góc khối dΩ theo phương α . Đơn vị đo cường độ ánh sáng là Cendela, ký hiệu là Cd. 1Cd = 1(Sr) 1(Lm) Cendela là cường độ sáng theo một phương đã cho của nguồn phát một bức xạ đơn sắc có tần số 540.1012 Hz (λ = 550 nm) và cường độ năng lượng theo phương này là 1/683 (W/Sr). Như vậy, cường độ sáng là mật độ khối của quang thông theo những phương xác định. 3. Quang thông - Φ (Lm). Lumen là quang thông do nguồn phát ra trong một góc mở bằng một Steridian. Đơn vị của cường độ sáng là Cendela do nguồn phát ra theo mọi hướng tương ứng với đơn vị quang thông là Lumen. Do đó, nếu ta biết được sự phân bố cường độ sáng của một nguồn trong không gian ta có thể biết được quang thông của nguồn. Trường hợp đặc biệt nhưng thường gặp khi cường độ bức xạ I không phụ thuộc vào phương thì quang thông là: Φ ∫= π4. 0 I.dΦ = 4.π .I 4. Độ rọi - E (Lux). Độ rọi là mật độ quang thông rơi trên một bề mặt, có đơn vị là Lux E = S Φ (Lux) Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 38 hay 1 Lux = )1(m 1(lm) 2 Khi sự chiếu sáng trên bề mặt không đều nên tính trung bình số hình học ở các điểm khác nhau để tính độ rọi trung bình. Một số giá trị thông thường khi chiếu sáng tự nhiên hay nhân tạo: + Ngoài trời buổi trưa, trời nắng: 100 000 lux + Trời có mây : 2000 ÷ 10 000 lux + Trăng tròn : 0,25 lux + Phòng làm việc : 400 ÷ 600 lux + Nhà ở : 159 ÷ 300 lux + Phố được chiếu sáng : 20 ÷ 50 lux Khái niệm vể độ rọi còn liên quan tới vị trí của mặt được chiếu sáng. Ta coi một nguồn sáng điểm O bức xạ tới một mặt nguyên tố dS ở cách O một khoảng R, có cường độ sáng I. Gọi α là góc hợp bởi pháp tuyến nr của dS với phương R. Góc khối dΩ chắn trên một hình cầu bán kính R một diện tích là dS .cosα . dΩ = I d R dS.cos 2 Φ=α Ta có: E dS dΦ= = 2R I.cosα Biểu thức này đúng với các nguyên tố bề mặt chứng tỏ rằng độ rọi thay đổi với độ nghiêng tương đối của bề mặt và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách. 5. Độ chói - L (Cd/m2). Các vật được chiếu sáng nói chung phản xạ ánh sáng một cách khác nhau và tác động như 1 nguồn sáng thứ cấp ra cường độ sáng khác nhau theo mọi hướng. Để đặc trưng cho quan hệ của nguồn kể cả nguồn sơ cấp lẫn nguồn thứ cấp đối với mắt cần phải thêm vào cường độ sáng cách xuất hiện ánh sáng. Quan hệ này được minh hoạ bằng ví dụ sau: Một đèn sợi đốt 40 W thực tế phát ra cùng một quang thông, do đó cường độ sáng theo mọi hướng dù bóng đèn thuỷ tinh trong hay thuỷ tinh mờ. Tuy nhiên đối với mắt, nó xuất hiện một cách khác nhau, chói mắt hơn đối với bóng đèn thuỷ tinh trong. Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 39 Người ta định nghĩa độ chói L trong một phương cho trước là tỷ số của cường độ sáng dI theo phương này trên diện tích biểu kiến của dS. L = αdS.cos dI (Cd/m2) Độ chói đóng vai trò cơ bản trong kỹ thuật chiếu sáng, nó là cơ sở của các khái niệm về tri giác và thị giác. Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 40 CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CHO PHÂN XƯỞNG CHẾ BIẾN THỨC ĂN GIA SÚC I. Yêu cầu cơ bản khi thiết kế hệ thống chiếu sáng. ánh sáng là phần không thể thiếu được trong quá trình sản xuất ở các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp. Để đảm bảo sản xuất, đảm bảo chất lượng sản phẩm được tốt, năng suất lao động cao, đảm bảo an toàn cho công nhân thì ngoài ánh sáng tự nhiên cần có một hệ thống chiếu sáng nhân tạo trong PX. Chiếu sáng nhân tạo bằng điện hiện nay được sử dụng rộng rãi, bởi vì chiếu sáng bằng điện có rất nhiều ưu điểm: thiết bị đơn giản, sử dụng thuận tiện, giá thành rẻ, tạo được ánh sáng gần với ánh sáng tự nhiên. Với tầm quan trọng đó vấn đề chiếu sáng đã được nghiên cứu trên nhiều lĩnh vực chuyên sâu như: nguồn sáng, chiếu sáng công nghiệp, chiếu sáng công cộng v v ... ở đây, trong yêu cầu thiết kế hệ thống chiếu sáng cho phân xưởng ta chỉ quan tâm đến chiếu sáng công nghiệp. Khi thiết kế chiếu sáng điều quan trọng nhất là phải đáp ứng được nhu cầu về độ rọi và hiệu quả của chiếu sáng đối với thị giác. Ngoài độ rọi, hiệu quả chiếu sáng còn phụ thuộc vào quang thông, mầu sắc ánh sáng, sự lựa chọn hợp lý các chao đèn, sự bố trí chiếu sáng vừa đảm bảo tính kinh tế, mỹ quan. Thiết kế chiếu sáng phải đảm bảo các yêu cầu sau: • Không bị loá mắt: Vì với cường độ sáng mạnh mẽ sẽ làm cho mắt có cảm giác loá, thần kinh bị căng thẳng, thị giác mất chính xác. • Không loá do phản xạ: ở một số vật công tác có có tia phản xạ khá mạnh và trực tiếp. Do đó, khi bố trí đèn cần phải tránh hiện tượng này. • Không có bóng tối: ở nơi sản xuất các phân xưởng không nên có bóng tối mà phải sáng đồng đều, có thể quan sát được toàn bộ phân xưởng. Muốn khử các bóng tối cục bộ thường sử dụng bóng mờ và treo cao đèn. • Độ rọi yêu cầu phải đồng đều: Nhằm mục đích khi quan sát từ vị trí này sang vị trí khác mắt người không được điều tiết quá nhiều, gây mỏi mắt. Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 41 • Phải tạo được ánh sáng giống ánh sáng ban ngày: Để thị giác đánh giá được chính xác. II. Các phương pháp tính toán chiếu sáng. 1. Phương pháp hệ số sử dụng. Phương pháp này dùng để sử dụng tính chiếu sáng chung, không chú ý đến hệ số phản xạ của tường và vật cảnh. Phương pháp này thường dùng để tính chiếu sáng cho các phân xưởng có diện tích lớn hơn 10 m2, không thích hợp để tính chiếu sáng cục bộ và chiếu sáng ngoài trời. Theo phương pháp này thì quang thông được xác định: F = sdn.k E.S.k.Z Trong đó: F: quang thông của mỗi đèn, lm E: độ rọi, lx S : diện tích cần chiếu sáng, m2 k: hệ số dự trữ n: số bóng đèn sử dụng trong phân xưởng ksd: hệ số sử dụng của đèn, phụ thuộc vào loại đèn và điều kiện của phản xạ phòng. Khi tra bảng để tìm hệ số sử dụng phải xác định được một trị số gọi là chỉ số của phòng. Chỉ số của phòng được tính: b)H.(a a.b +=ϕ Với: a, b: chiều dài và chiều rộng phòng, m H: khoảng cách từ đèn đến mặt công tác, m Z: hệ số tính toán, phụ thuộc vào loại đèn và tỷ số H L , với L là khoảng cách giữa các đèn, Z = min tb E E 2. Phương pháp tính theo từng điểm. Phương pháp này dùng để tính chiếu sáng cho các phân xưởng có yêu cầu quan trọng và khi tính không quan tâm đến hệ số phản xạ. Để đơn Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 42 giản trong tính toán người ta coi đèn là một điểm sáng để áp dụng được luật bình phương khoảng cách. Trong phương pháp này ta phải phân biệt để tính độ rọi cho 3 trường hợp điển hình: 2.1 Tính độ rọi trên mặt phẳng nằm ngang, Eng. 2 2 ng h .cosI E αα= 2.2 Tính độ rọi trên mặt phẳng thẳng đứng, Eđ. Eđ 2 2 h .cosI ααα tg.= 2.3. Tính độ rọi trên mặt phẳng nghiêng một góc θ, Engh. Engh = Eng.(cosθ + tgα .sinθ) Trong đó: tgα = h P αI : tra trong sổ tay ứng với các loại đèn. 3. Phương pháp tính gần đúng. Phương pháp này thích hợp để tính toán chiếu sáng cho các phòng nhỏ hoặc chỉ số phòng nhỏ hơn 0,5 yêu cầu tính toán không cần độ chính xác cao. Phương pháp gần đúng này có hai cách: 3.1. Cách 1. Phương pháp này thích hợp khi thiết kế và tính toán sơ bộ. Sử dụng phương pháp này chỉ cần xác định công suất ánh sáng trên một đơn vị diện tích (W/m2) theo từng yêu cầu chiếu sáng khác nhau, sau đó nhân với diện tích cần chiếu sáng ta sẽ được công suất tổng. Công suất tổng: Ptổng = p.S (W) Trong đó: p: công suất tổng trên một đơn vị diện tích, W/m2 S: diện tích cần chiếu sáng, m2 3.2. Cách 2. Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 43 Cách này chủ yếu dựa vào bảng số đã tính toán sẵn với công suất 10W một mét vuông. Khi thiết kế nếu lấy độ rọi phù hợp với độ rọi trong bảng đã tính sẵn thì không phải hiệu chỉnh. Nếu khác nhau thì phải hiệu chỉnh theo biểu thức: p = E .k10.Emin Trong đó: p: công suất trên đơn vị diện tích, W/m2 Emin:độ rọi tối thiểu cần có E: độ rọi tra bảng tính sẵn với tiêu chuẩn 10 W/m2 k: hệ số an toàn Sau khi tính được p ta tìm được công suất đặt: Pđ = p.S với S là diện tích của phòng Số lượng đèn n = P Pd với P là công suất mỗi đèn mà ta chọn, W 4. Phương pháp tính toán với đèn huỳnh quang. Đèn huỳnh quang thường dùng để chiếu sáng chung, đèn huỳnh quang có ưu điểm là công suất tiêu thụ ít nhưng độ rọi không cao, ánh sáng dịu mát. Giả thiết rằng nguồn sáng song song với mặt phẳng khảo sát. Độ rọi tại M xác định theo biểu thức: E = ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ++ r l arctg rl l.r . 2.h .cosI' 22 2αα Trong đó: α'I : là cường độ ánh sáng của một thước nguồn quang r: là cự ly nguồn sáng đến điểm M h: độ treo cao của bóng so với mặt công tác α : góc giữa h và r l: chiều dài nguồn quang. III. Yêu cầu của mạng điện chiếu sáng. • Với hệ thống cấp điện cho sinh hoạt, chiếu sáng được cấp chung với mạng điện cấp cho các phụ tải khác. Với hệ thống cấp điện cho xưởng máy, nên để cho hệ thống chiếu sáng đi theo mạng riêng ( đường dây riêng, Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 44 tủ điện riêng), tránh cho việc đóng mở động cơ làm dao động điện áp lớn trên cực đèn. • Độ lệch điện áp mạng động lực cho phép ± 5% Uđm, đối với mạng chiếu sáng chỉ cho phép ± 2,5% Uđm. • Tủ chiếu sáng nên dùng áptômát (tổng và nhánh) để khi mất điện có thể đóng trở lại nhanh, không mất thời gian thay dây chì. • Tủ, bảng chiếu sáng nên đặt ở gần cửa ra vào của nhà xưởng, phòng làm việc. • Tại các nhà xưởng, ngoài chiếu sáng làm việc còn cần thiết kế chiếu sáng sự cố đề phòng trong trường hợp mất điện lưới. Nguồn chiếu sáng sự cố thường là các bộ ắcquy 12V, 24V, 36V chỉ nhằm chiếu sáng an toàn cho công nhân vận hành khi mất điện lưới. • Lựa chọn áptômát cho tủ chiếu sáng cũng như lựa chọn áptômát cho mạng động lực. • Lựa chọn dây dẫn, cáp cho mạng chiếu sáng cũng chọn theo dòng phát nóng cho phép và kiểm tra theo điều kiện kết hợp bảo vệ: + Nếu bảo vệ bằng cầu chì: k.Icp 0,8 Idc≥ + Nếu bảo vệ bằng áptômát: k.Icp 1,5 1,25.I 1,5 I dmAkdnh =≥ • Cần hết sức chú ý việc phân pha cho đều, tránh trường hợp điện áp quá chênh lệch trên đầu cực đèn ở đầu và cuối đường dây. IV. Thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng chế biến thức ăn gia súc 1. xác định số lượng và công suất của bóng đèn. Phân xưởng là phân xưởng sản xuất có bụi bặm, và có độ chói giữa dụng cụ sản xuất nên phân xưởng cần có ánh sáng thật, ổn định, không gây mỏi mắt cho người sản xuất ... Vì những đặc điểm đó ta chọn bóng đèn dây tóc loại đèn vạn năng để chiếu sáng cho phân xưởng. Bóng đèn dây tóc có ưu điểm là phát ra ánh sáng thật, ít bị nhạy cảm với sự thay đổi của điện áp, ánh sáng không gây mỏi mắt, đèn có giá thành rẻ, có hệ số công suất cosϕ cao. Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 45 Để giảm độ tương phản, đảm bảo độ rọi đồng đều trên toàn diện tích ta dùng hệ thống chiếu sáng với cách bố trí đèn ở bốn góc. Hình 2.1: Sơ đồ bố trí đèn 2. Tính chọn công suất đèn. Vì chiếu sáng chung nên ta dùng phương pháp hệ số sử dụng (phương pháp quang thông) để tính chọn công suất cho đèn. F = sdn.k E.S.k.Z Trong đó: F: quang thông của mỗi đèn, lm E: độ rọi, lx S: diện tích cần chiếu sáng, m2 k: hệ số dự trữ n: số bóng đèn sử dụng trong phân xưởng ksd: hệ số sử dụng của đèn, phụ thuộc vào loại đèn và điều kiện của phản xạ phòng. Phân xưởng chế biến thức ăn gia súc có chiều dài a = 75 m và chiều rộng b = 85 m với tổng diện tích S = 6375 m2 Các bước thực hiện: so đượ cáh vậy bón Tra Hình 2 Trong H: kho hlv: độ hc: kho Căn cứ với nền nh c khoảng H = 6,5 Tra bả giữa các L = 1,8 Dựa và , ta bố tr g, các bón Xác đị = H.( ϕ Lấy hệ bảng phụ Xác đị Độ rọi Hệ số d -2: Độ tre đó ảng cách t cao của m ảng cách t vào độ c à hlv = 0, cách từ đè - hlv - hc ng với đèn đèn là: .H = 1,8.3 o chiều dà í phân xưở g cách nh nh chỉ số p =+ b)a a.b 6,9 số phản x lục ta có k nh quang t yêu cầu: E ự trữ: k = o cao của ừ đèn tới m ặt công tác ừ đèn đến ao của nhà 8 (m) và đ n tới mặt = 6,5 - 0,8 vạn năng ,5 = 6,3 (m i, chiều rộ ng 1275 au 25 m, c hòng: 9 ạ của tườ sd = 0,452 hông F: = 30 lx 1,3 ấ đèn ặt công t so với nề trần, m xưởng 6 èn cao cá công tác: = 5,7(m) được trị s ) ng của ph bóng tron ách tường ng là βtg = . ác, m n nhà, m ,5 (m), độ ch trần hc ố H L = 1,8 ân xưởng g đó chia 2,5 m. 50% và cao của m = 0,7 (m) là thích h ta chọn L làm 30 dã của trần là 4 ặt công tá ta xác địn ợp. Khoản = 5 (m). D y, mỗi dã 30%βtr = 6 c h g o y . Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 47 Hệ số tính toán: Z = 1,1 Quang thông của mỗi đèn là: 8,2372 33.0,425 .1,1 30.825.1,3 n.k E.S.k.ZF sd === (lm) Ta chọn đèn sợi đốt chao vạn năng có công suất đặt Pđ = 200 W, quang thông F = 2528 lm và điện áp Uđm = 220 V. Tổng công suất chiếu sáng toàn phân xưởng là: PCS = 1275. 6375= 8128125 W = 8128,125 kW 3. Thiết kế mạng điện chiếu sáng. Theo tính toán chương III, nguồn chiếu sáng của phân xưởng chế biến thức ăn gia súc được lấy từ một lộ ra của tủ phân phối phân xưởng. Lộ này cung cấp cho tủ chiếu sáng đặt cạnh cửa ra vào của phân xưởng. Tủ gồm 1 áptômát tổng và 11 áptômát nhánh 1 pha, mỗi áptômát nhánh cấp điện cho 3 bóng đèn. • Chọn áptômát tổng: Chọn áptômát theo các điều kiện sau: Điện áp định mức: UđmA ≥Uđm.m = 0,38 kV Dòng điện định mức: IđmA ≥ Itt = ϕ.cos.U3 P dm.m CS = .0,38.13 6,6 = 10,03 (A) Chọn áptômát loại C60H do hãng Merlin Gerin chế tạo với các thông số sau: UđmA = 415 V IđmA = 25 A IN = 10 kA • Chọn cáp từ tủ phân phối phân xưởng đến tủ chiếu sáng: Chọn cáp theo điều kiện phát nóng cho phép: khc.Icp ≥ Itt = 10,03 (A) khc = 1: hệ số hiệu chỉnh Kiểm tra theo điều kiện phối hợp với thiết bị bảo vệ là áptômát: Icp ≥ 20,83 1,5 1,25.25 1,5 1,25.I 1,5 I dmAkdnh === (A) Chọn cáp đồng 4 lõi, vỏ PVC do LENS sản xuất có tiết diện F = 2,5 mm2 với dòng cho phép Icp = 41 A. Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 48 • Chọn các áptômát nhánh: Chọn áptômát theo các điều kiện sau: Điện áp định mức: UđmA ≥Uđm.m = 220 V Dòng điện định mức: IđmA ≥ Itt = dm.m d U n.P = 0,22 3.0,2 = 2,73 (A) Chọn áptômát loại NC45a do hãng Merlin Gerin chế tạo với các thông số sau: UđmA = 400 V IđmA = 6 A ICắt N = 4,5 kA • Chọn dây từ tủ chiếu sáng tới bóng đèn: Chọn dây theo điều kiện phát nóng: khc.Icp ≥ Itt = 2,73 A khc = 1: hệ số hiệu chỉnh Kiểm tra theo điều kiện phối hợp với thiết bị bảo vệ là áptômát: Icp 5 1,5 1,25.6 1,5 1,25.I 1,5 I dmAkdnh ===≥ (A) Chọn cáp đồng 2 lõi, vỏ PVC do LENS sản xuất có tiết diện F = 2x1,5 mm2 với dòng cho phép Icp = 26 A. Tổng công suất của đèn sợi đốt trong toàn Px là: ΣP = 0,3.(96 + 140 + 120 + 60 + 120 + 24) + 0,2.(24 + 33 + 36) = 186,6 (kW) 2. Phương án tính chiếu sáng bằng đèn huỳnh quang. ở trong phần tính toán này, ta cần chú ý rằng không phải phân xưởng nào cũng có thể thay thế đèn sợi đốt bằng đèn huỳnh quang. Tuỳ theo tính chất của công việc mà ta có thể thay thế được. Các phân xưởng chế biến thức ăn gia súc không đòi hỏi cao về chiếu sáng nên ta không thay đèn sợi đốt bằng đèn huỳnh quang. 2.1. Thay thế cho phân xưởng chế biến thức ăn gia súc Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 49 Thay thế toàn bộ bóng đèn sợi đốt bằng bóng đèn huỳnh quang có công suất mỗi bóng là 40 (W) và quang thông là 2250 (lm). Mỗi bóng đèn sợi đốt thay bằng 4 bóng đèn huỳnh quang. Vậy tổng số bóng đèn huỳnh quang là: n = (4x96) = 384 (bóng) Công suất tổng của các bóng đèn là: ΣP = n.P = 384.40 = 15360 (W) = 15,36 (kW) 3.Phân tích kinh tế - kỹ thuật các phương án. 3.1.Phân tích kinh tế - kỹ thuật. Tổng công suất tiêu thụ của phương án dùng đèn sợi đốt là: ΣP = 186,6 (kW) Tổng công suất tiêu thụ của phương án dùng đèn sợi đốt và đèn huỳnh quang : ΣP = 108,2 (kW) Chênh lệch công suất tiêu thụ của hai phương án là: =ΔP 186,6 - 108,2 = 78,4 (kW) Lượng điện năng tiết kiệm trong năm là: Atk = ΔP .8760 = 78,4.8760 = 686 784 (kWh) Nếu giá điện tiêu thụ là 500 (đồng/kWh) năm nhà máy tiết kiệm được số tiền là: 500.686 784 = 343 392 000 (đồng). Như vậy, sau khi phân tích hai phương án trên ta nhận thấy phương án chiếu sáng dùng một phần đèn sợi đốt và đèn huỳnh quang đem lại lợi ích rõ rệt nhất. Điều này rất có lợi cho xí nghiệp, nhà máy sản xuất kinh doanh, giảm chi phí sản xuất hàng năm. 3.2. Phân tích vốn đầu tư ban đầu. Với phương án thiết kế chiếu sáng dùng toàn bộ đèn sợi đốt thì vốn đầu tư ban đầu (như chi phí mua thiết bị, chi phí vận chuyển, lắp đặt, vận hành và sửa chữa) là tương đối rẻ hơn so với dùng đèn huỳnh quang. ở đây ta chỉ phân tích sâu phương án dùng đèn huỳnh quang kết hợp với đèn sợi đốt để cuối cùng xem vốn đầu tư ban đầu có thể chấp nhận được hay không. + Giá đèn huỳnh quang hợp bộ 4 bóng của hãng Clípal là 300 000 (đồng) Tổng giá trị của 560 bộ là: Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 50 K1 = 560.300 000 = 168. 106 (đồng) Chi phí vận chuyển lắp đặt là 1000 (đồng/bộ) nên tổng chi phí vận chuyển lắp đặt là: K2 = 560.10 000 = 5,6.106 (đồng) + Giá trung bình bóng đèn sợi đốt hợp bộ là 50 000 (đồng) Tổng giá trị của 93 bộ là: K3 = 93.50 000 = 4,65.106 (đồng) Chi phí vận chuyển lắp đặt là 5000 (đồng/bộ) nên tổng chi phí vânh chuyển lắp đặt là: K4 = 93.5000 = 0,47.106 (đồng) Tổng vốn đầu tư cho phương án này là: K = K1 + K2 + K3 + K4 = (168 + 5,6 + 4,65 + 0,47).106 = 178,72.106 (đồng). Nếu phương án sử dụng toàn đèn sợi đốt thì tổng vốn đầu tư ban đầu là: K = 653.(50 000 + 5000) = 35,92.106 (đồng) Sau khi phân tích vốn đầu tư ban đầu ta thấy dùng hoàn toàn đèn sợi đốt thì vốn đầu tư ban đầu nhỏ nhưng chi phí hằng năm rất lớn. Còn dùng bóng đèn huỳnh quang sẽ có vốn đầu tư lớn nhưng lại có chi phí hằng năm nhỏ. Ta chọn phương án sử dụng bóng đèn sợi đốt kết hợp với đèn huỳnh quang là phương án chiếu sáng cho nhà máy. Vậy để có được phương án chiếu sáng cho phù hợp đối với từng nhà máy, từng xí nghiệp thì phương án đó không những thoả mãn về kỹ thuật mà còn thoả mãn về kinh tế. Sinh viên: Đinh Trọng Thực - Phạm Anh Tuấn - Lương Đình Thụ - Lớp CN&DD04A 51 MỤC LỤC Phần I Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng chế biến thức ăn gia súc Chương I Giới thiệu chung về phân xưởng chế biến thức ăn gia súc Chương II Xác định phụ tải tính toán I / Các đại lượng cơ bản và các hệ số tính toán II/ Các phương pháp tính phụ tải tính toán III/Xác định phụ tải tính toán cho phân xưởng chế biến thức ăn gia súc Chương III Thiết kế mạng điện hạ áp cho phân xưởng chế biến thức ăn gia súc I/Sơ đồ cung cấp điện của phân xưởng chế biến thức ăn gia súc Phần II Thiết kế hệ thống chiếu sáng cho phân xưởng chế biến thức ăn gia súc I/ Khái niệm chung về ánh sáng II/ Phổ của ánh sáng III/ Độ nhạy của mắt với ánh sáng IV/ Các đại lượng đo ánh sáng