Đồ án Xác định phụ tải cho phân xưởng cơ khí số 1kta và toàn nhà máy 1n4

BỘ LAO ĐỘNG_TB & XH CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐHSPKT VINH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc --------˜&™---------- --------˜&™---------- ĐỒ ÁN MÔN HỌC CUNG CẤP ĐIỆN LỜI NÓI ĐẦU Điện năng là một dạng năng lượng phổ biến và có tầm quan trọng không thể thiếu được trong bất kỳ một lĩnh vực nào của nền kinh tế quốc dân của mỗi đất nước. Như chúng ta đã xác định và thống kê được rằng khoảng 70% điện năng sản xuất ra dùng trong các xí nghiệp, nhà máy công nghiệp. Vấn đề đặt ra cho chúng ta là đã sản xuất ra được điện năng làm thế nào để cung cấp điện cho các phụ tải một cách hiệu quả, tin cậy.Vì vậy cung cấp điện cho các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp có một ý nghĩa to lớn đối với nền kinh quốc dân Nhìn về phương diện quốc gia, thì việc đảm bảo cung cấp điện một cách liên tục và tin cậy cho ngành công nghiệp tức là đảm bảo cho nền kinh tế của quốc gia phát triển liên tục và kịp với sự phát triển của nền khoa học công nghệ thế giới. Khi nhìn về phương diện sản xuất và tiêu thụ điện năng thì công nghiệp là ngành tiêu thụ nhiều nhất.Vì vậy cung cấp điện và sử dụng điện năng hợp lý trong lĩnh vực này sẽ có tác dụng trực tiếp đến việc khai thác một cách hiệu quả công suất của các nhà máy phát điện và sử dụng hiệu quả lượng điện năng được sản xuất ra. Một phương án cung cấp điện hợp lý là phải kết hợp một cách hài hoà các yêu cầu về kinh tế,độ tin cậy cung cấp điện, độ an toàn cao, đồng thời phải đảm bảo tính liên tục cung cấp điện, tiện lợi cho việc vận hành, sửa chữa khi hỏng hóc và phải đảm bảo được chất lượng điện năng nằm trong phạm vi cho phép. Hơn nữa là phải thuận lợi cho việc mở rộng và phát triển trong tương lai. Đặc biệt trong nền kinh tế nước ta hiên nay đang chuyển dần từ một nền kinh tế mà trong đó nông nghiệp chiếm một tỉ lệ lớn sang nền kinh tế công nghiệp nơi máy móc dần thay thế sức lao động của con người. Để thực hiện một chính sách công nghiệp hóa, hiện đại hóa các nghành nghề thì không thể tách rời khỏi việc nâng cấp và thiết kế hệ thống cung cấp điện để có thể đáp ứng được nhu cầu tăng trưởng không ngừng về điện. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, với kiến thức được học tại bộ môn cung cấp điện em được nhận đồ án thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng cơ khí và nhà máy cơ khí. Là một sinh viên ngành điện, thông qua việc thiết kế đồ án giúp em bước đầu có những kinh nghiệm về thiết kế hệ thống cung cấp điện trong thực tế. Trong thời gian làm đồ án vừa qua, với sự cố gắng của bản thân, đồng thời với sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo, những người đã đi trước có giàu kinh nghiệm. Qua đây em xin cảm ơn cô giáo Nguyễn Minh Thư, người đã tận tình hướng dẫn giúp em hoàn thành đồ án này.Song do thời gian làm đồ án có hạn, kiến thức còn hạn chế nên đồ án của em không thể tránh khỏi những thiếu sót. Do vậy em kính mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô giáo để em bảo vệ đồ án của mình đạt được kết quả tốt nhất. SV: Cao Bá Lam CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY CƠ KHÍ VÀ YÊU CẦU CUNG CẤP ĐIỆN CHO HỘ PHỤ TẢI 1.1 - VỊ TRÍ ĐỊA LÍ VÀ VAI TRÒ KINH TẾ 5 1.2 - MỘT SỐ YÊU CẦU KHI THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN 7 CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI CHO PHÂN XƯỞNG CƠ KHÍ SỐ 1KTA VÀ TOÀN NHÀ MÁY 1N4 2.1. XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI CHO PHÂN XƯỞNG CƠ KHÍ 9 2.1.1. Phân nhóm phụ tải 9 2.1.2. Các phương pháp xác định phụ tải tính toán. 12 2.1.3. Tính toán phụ tải từng nhóm. 17 2.1.4. Phụ tải chiếu sáng cho phân xưởng cơ khí 20 2.1.5. Phụ tải tính toán toàn phân xưởng cơ khí 20 2.2. XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA NHÀ MÁY 21 CHƯƠNG III THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG VÀ TOÀN NHÀ MÁY A. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO P.X CƠ KHÍ 23 3.1 - ĐẶT VẤN ĐỀ 23 3.2 - CHỌN SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG CƠ KHÍ 24 3.3. LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG 25 3.3.1. Chọn dây chảy bảo vệ cho từng máy . 26 3.3.2. Chọn dây dẫn cung cấp cho các thiết bị. 28 3.3.3 . Chọn dây chảy bảo vệ cho từng nhóm máy 32 3.3.4. Chọn cáp dẫn cung cấp cho từng nhóm máy  33 3.3.5. Chọn tủ phân phối 34 3.3.6. Chọn tủ động lực 34 3.3.7. Chọn aptomat bảo vệ cho các phân xưởng 35 B. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN CHO NHÀ MÁY CƠ KHÍ 35 3.1 - ĐẶT VẤN ĐỀ 35 3.2 - CHỌN PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN CHO NHÀ MÁY 36 3.2.1. Chọn sơ đồ cung cấp điện. 36 3.2.2. Chọn dung lượng và số lượng máy biến áp nhà máy 36 3.2.3. So sánh các phương án cấp điện cho Nhà máy 38 3.3 - PHỤ TẢI CỦA NHÀ MÁY KỂ CẢ TỔN THẤT CÔNG SUẤT 42 3.3.1. Xác định tổn thất trong máy biến áp 42 3.3.2. Vị trí trạm biến áp nhà máy 43 3.3.3 . Chọn các thiết bị điện trong mạng điện nhà máy 44 A. CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN HẠ ÁP 44 B. CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN CAO ÁP 50 CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH VÀ KIỂM TRA CÁC THIẾT BỊ TRONG MẠNG ĐIỆN 4.1. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 56 4.2. KIỂM TRA THIẾT BỊ 66 CHƯƠNG V THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CHUNG CỦA PHÂN XƯỞNG SỬA CHỮA CƠ KHÍ CHƯƠNG VI TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ĐỂ NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT CỦA NHÀ MÁY 6.1. ĐẶT VẤN ĐỀ 84 6.2. XÁC ĐỊNH VÀ PHÂN BỐ DUNG LƯỢNG BÙ. 85 6.3.1.Xác định dung lượng bù 86 6.3.2. Phân bố dung lượng bù cho các thanh cái hạ áp 86 6.3.3. Kiểm tra cosbù của nhà máy sau khi lắp đặt bù 86 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY CƠ KHÍ VÀ YÊU CẦU CUNG CẤP ĐIỆN CHO HỘ PHỤ TẢI 1.1 VỊ TRÍ ĐỊA LÍ VÀ VAI TRÒ KINH TẾ. Phân xưởng cơ khí là một trong những khâu quan trọng trong nhà máy cơ khí công nghiêp, là mắt xích quan trọng để tạo nên một sản phẩm công nghiệp hoàn chỉnh. Loại phân xưởng chuyên môn hóa một loại sản phẩm nó phát huy được mặt mạnh của mình, đóng góp vào việc thúc đẩy sự phát triển của nghành công nghiệp nói chung của nước nhà. Trong thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa thì sản xuất công nghiệp càng được chú trọng hơn bao giờ hết, được đầu tư trang bị các máy móc hiện đại có khả năng tự động hóa cao để không bị lạc hậu so với các nước trong khu vực và trên thế giới. Vì vậy phân xưởng cơ khí đòi hỏi phải có nguồn điện cung cấp tin cậy. Phân xưởng cơ khí 1KTA và nhà máy cơ khí 1N4 trong đồ án có quy mô khá lớn với 14 phân xưởng có các phụ tải điện sau: Bảng 1 -1: Bảng số liệu phụ tải tinh toán các phân xưởng trong nhà máy. Stt Tên phân xưởng Ptt (kW) Qtt (kWAr) Loại hộ 1 Cơ điện 120 110 2 2 Cơ khí số 1 Ptt Qtt 1 3 Cơ khí số 2 180 130 1 4 Rèn, dập 165 125 2 5 Đúc thép 200 180 1 6 Đúc gang 180 150 1 7 Dụng cụ 160 120 2 8 Mộc mẫu 90 70 1 9 Lắp ráp 110 90 2 10 Nhiệt luyện 170 160 1 11 Kiểm nghiệm 70 50 1 12 Kho 1 (Sản phẩm) 50 35 2 13 Kho 2( Vật tư) 50 25 2 14 Nhà hành chính 70 75 1 Do tầm quan trọng của tiến trình CNH – HĐH đất nước đòi hỏi phải có nhiều thiết bị, máy móc. Vì thế nhà máy có tầm quan trọng rất lớn. Là một nhà máy sản xuất các thiết bị công nghiệp vì vậy phụ tải của nhà máy đều làm việc theo dây chuyền, có tính chất tự động hóa cao. Phụ tải của nhà máy chủ yếu là phụ tải loại 1 và loại 2 ( tùy theo vai trò quy trình công nghệ). Nhà máy cần đảm bảo được cấp điện liên tục vần toàn. Do đó nguồn điện cấp cho nhà máy được lấy từ hệ thống điện quốc gia thông qua trạm biến áp trung gian. 1.1.1 Phân xưởng cơ điện. Có nhiệm vụ sửa chữa, bảo dưỡng các thiết bị máy móc cơ điện của nhà máy. Phân xưởng này cũng trang bị nhiều máy móc vạn năng có độ chính xác cao nhằm đáp ứng yêu cầu sửa chữa phức tạp của nhà máy. Mất điện sẽ gây lãng phí lao động, ta xếp phân xưởng này vào hộ tiêu thụ loại 2. 1.1.2 Phân xưởng cơ khí 1, 2. Có nhiệm vụ sản xuất nhiều sản phẩm cơ khí đảm bảo yêu cầu kinh tế kỹ thuật. Quá trình thực hiện trên máy cắt gọt kim loại khá hiện đại với dây chuyền tự động cao. Nếu điện không ổn định, hoặc mất điện sẽ làm hỏng các chi tiết đang gia công gây lãng phí lao động. Phân xưởng này ta xếp vào hộ tiêu thụ loại 1. 1.1.3 Phân xưởng đúc thép, đúc gang. Đây là hai loại phân xưởng mà đòi hỏi mức độ cung cấp điện cao nhất. Nếu ngừng cấp điện thì các sản phẩm đang nấu trong lò sẽ trở thành phế phẩm gây ảnh hưởng lớn về mặt kinh tế. Ta xếp vào hộ tiêu thụ loại 1. 1.1.4 Phân xưởng kiểm nghiệm. Có nhiệm vụ khiểm tra chất lượng sản phẩm và chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm. trong phân xưởng sử dụng nhiêu thiết bị đo đếm có cao chính xác cao, do vậy mức độ ổn định là quan trọng nhất. Xếp vào hộ tiêu thụ loại 1. 1.1.5 Phân xưởng lắp ráp. Phân xưởng thực hiện khâu cuối cùng của việc chế tạo thiết bị, đó là đồng bộ hóa các chi tiết máy. Máy móc có đảm bảo chính xác về mặt kỹ thuật, hoàn chỉnh cũng như an toàn về mặt khi vận hành hay không là phụ thuộc vào mức độ liên tục cung cấp điện. Xếp vào hộ tiêu thụ loại 2. 1.1.6 Phân xưởng rèn, dập. Phân xưởng được trang bị các máy móc và lò rèn để chế tạo ra phôi và các chi tiết khác đảm bảo độ bền và cứng.. xếp vào hộ tiêu thụ loại 2. 1.1.7 Phân xưởng mộc mẩu. Có nhiệm vụ tạo ra các loại khuôn mẫu, các chi tiết chủ yếu phục vụ cho sản xuất. Do chức năng như vậy nên phân xưởng này xếp vào hộ tiêu thụ loại 1. 1.2 MỘT SỐ YÊU CẦU KHI THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN. Điện năng là một dạng năng lượng có ưu điểm như: Dễ dàng chuyễn thành các dạng năng lượng khác ( nhiệt năng, quang năng, cơ năng…), dễ truyền tải và phân phối. Chính vì vậy điện năng được dùng rất rộng rãi trong mọi lĩnh vực hoạt động của con người. Điện năng nói chung không tích trữ được, trừ một vài trường hợp cá biệt và công suất như như pin, ắc quy, vì vậy giữa sản xuất và tiêu thụ điện năng phải luôn luôn đảm bảo cân bằng. Quá trình sản xuất điện năng là một quá trình điện từ. Đặc điểm của quá trình này xẩy ra rất nhanh. Vì vậy đễ đảm bảo quá trình sản xuất và cung cấp điện an toàn, tin cậy, đảm bảo chất lượng điện phải áp dụng nhiều biện pháp đồng bộ như điều độ, thông tin, đo lường, bảo vệ và tự động hóa vv… Điện năng là nguồn năng lượng chính của các ngành công nghiệp, là điều kiện quan trọng để phát triển các khu đô thị, khu dân cư….Vì lý do đó khi lập kế hoạch phát triển kinh tế xã hội, kế hoạch phát triển điện năng phải đi trước một bước, nhằm thỏa mãn nhu cầu điện năng không những trong giai đoạn trước mắt mà còn dự kiến cho sự phát triển trong tương lai 5 năm 10 năm hoặc có khi lâu hơn nữa. Khi thiết kế CCĐ cần phải đảm bảo các yêu cầu sau: 1.2.1 Độ tin cậy cung cấp điện: Độ tin cậy cung cấp điện tùy thuộc vào hộ tiêu thụ loại nào. Trong điều kiện cho phép ta cố gắng chọn phương án cung cấp điện có độ tin cậy càng cao càng tốt. Theo quy trình trang bị điện và quy trình sản xuất của nhà máy cơ khí thì việc ngừng cung cấp điện sẽ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm gây thiệt hại về kinh tế do đó ta xếp nhà máy cơ khí vào hộ phụ tải loại 2. 1.2.2 Chất lượng điện. Chất lượng điện đánh giá bằng hai tiêu chuẩn tần số và điến áp. Chỉ tiêu tần số do cơ quan điều khiển hệ thống điều chỉnh. Chỉ có những hộ tiêu thụ lớn mới phải quan tâm đến chế độ vận hành của mình sao cho hợp lý đễ góp phần ổn định tần số của hệ thống lưới điện. Vì vậy người thiết kế cung cấp điện thường phải chỉ quan tâm đến chất lượng điện áp cho khách hàng. Nói chung điện áp ở lưới trung áp và hạ áp cho phép dao động quanh giá trị 5% điện áp định mức. Đối với phụ tải có yêu cầu cao về chất lượng điện áp như các máy móc thiết bị điện tử, cơ khí có độ chính xác vv… điện áp chỉ cho phép dao động trong khoảng 2,5%. 1.2.3 An toàn điện. Hệ thống cung cấp điện phải được vận hành an toàn đối với người và thiết bị. Muốn đạt được yêu cầu đó, người thiết kế phải chọn được sơ đồ cung cấp điện hợp lý, mạch lạc để tránh nhầm lẫn trong vận hành, các thiết bị phải được chọn đúng loại đúng công suất. Công tác xây dựng lắp đặt phải được tiến hành đúng, chính xác cẩn thận. Cuối cùng việc vận hành, quản lý hệ thống điện có vai trò hết sức quan trọng, người sử dụng tuyệt đối phải chấp hành những quy định về an toàn sử dụng điện. 1.2.4 Kinh tế. Khi đánh giá so sánh các phương án cung cấp điện chỉ tiêu kinh tế chỉ được xét đến khi các chỉ tiêu kỹ thuật trên được đảm bảo chỉ tiêu kinh tế được đánh giá qua tổng số vốn đầu tư, chi phí vận hành, bảo dưỡng và thời gian thu hồi vốn đầu tư. Việc đánh giá chỉ tiêu kinh tế phải thông qua tính toán và so sánh giữa các phương án từ đó mới lựa chọn được các phương pháp, phương án cung cấp điện tối ưu. Tuy nhiên trong quá trình thiết kế hệ thống ta phải biết vận dụng, lồng ghép các yêu cầu trên vào nhau để tiết kiệm được thời gian và chi phí trong quá trình thiết kế. Bảng 1- 2 : Danh sách thiết bị của phân xưởng sửa chữa cơ khí TT Tên thiết bị Ký hiệu Công suất (kW) cosj Ksd 1 Máy tiện 1 10 0,65 0,18 2 Máy tiện 2 6 0,8 0,17 3 Máy tiện 3 7 0,6 0,19 4 Máy bào 4 4,5 0,8 0,16 5 Máy bào 5 8 0,7 0,15 6 Máy phay 6 5 0,8 0,16 7 Máy mài tròn 7 11 0,65 0,19 8 Máy phay 8 7,5 0,75 0,2 9 Máy chuốt 9 4,5 0,65 0,18 10 Máy sọc 10 5 0,6 0,16 11 Máy doa 11 10 0,6 0,2 12 Máy cắt thép 12 13 0,65 0,17 13 Máy bào 13 4,5 0,8 0,16 14 Máy tiện 14 4,5 0,6 0,2 15 Máy BA hàn 380/65V 15 15 kVA ( e = 40%) 0,65 0,15 16 Máy phay 16 15 0,6 0,17 17 Máy doa 17 17 0,65 0,16 18 Máy tiện 18 12 0,8 0,15 19 Máy doa 19 12 0,6 0,2 20 Cầu trục 20 15 kVA ( e = 35%) 0,6 0,16 CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI CHO PHÂN XƯỞNG CƠ KHÍ VÀ TOÀN NHÀ MÁY 2.1 XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI CHO PHÂN XƯỞNG CƠ KHÍ. 2.1.1: Phân nhóm phụ tải. - Trong một phân xưởng thường có nhiều thiết bị có công suất và chế độ làm việc khác nhau, muốn xác định phụ tải tính toán được chính xác cần phải phân nhóm các thiết bị điện. Việc phân nhóm phải tuân theo các nguyên tắc sau: 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. Chế độ làm việc của các thiết bị điện trong nhóm nên giống nhau để xác định phụ tải tính toán được chính xác hơn và thuận tiện cho việc lựa chọn phương thức cung cấp điện cho nhóm. Tổng công suất của 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 một nhóm cũng không nên quá nhiều bởi số đầu ra của các tủ động lực thường £(8¸12). Tuy nhiên thường rất khó thoả mãn tất cả các nguyên tắc trên. Do vậy người thiết kế phải tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể của phụ tải để lựa chọn ra phương án tối ưu phù hợp nhất trong các phương án có thể. Dựa vào nguyên tắc phân nhóm điện ở trên và căn cứ vào vị trí, công suất của các thiết bị được bố trí trên mặt bằng phân xưởng. Trong đồ án này với phân xưởng cơ khí ta đã biết vị trí, công suất đặt và chế độ làm việc của từng thiết bị trong phân xưởng nên khi tính toán phụ tải động lực của phân xưởng có thể sử dụng phương pháp xác định phụ tải tính toán tính theo công suất trung bình và hệ số cực đại. - Căn cứ vào vị trí, công suất của các máy công cụ bố trí trên mặt bằng phân xưởng ta chia ra làm 3 nhóm thiết bị phụ tải như sau : Bảng 2 -1: Phân nhóm các thiết bị trong Phân xưởng cơ khí TTss Tên thiết bị Ký hiệu Số lượng Công suất Pdm(kW) cosj Ksd Nhóm 1 1 Máy tiện 1 1 10 0,65 0,18 2 Máy bào 4 1 4,5 0,8 0,16 3 Máy bào 5 1 8 0,7 0,15 4 Máy phay 6 1 5 0,8 0,16 5 Máy phay 8 1 7,5 0,75 0,2 6 Máy doa 17 1 17 0,65 0,16 Tổng nhóm 1 n = 6 52 Nhóm 2 1 Máy tiện 2 1 6 0,8 0,17 2 Máy tiện 3 1 7 0,6 0,19 3 Máy mài tròn 7 1 11 0,65 0,19 4 Máy doa 11 1 10 0,6 0,2 5 Máy phay 16 1 15 0,6 0,17 6 Máy tiện 18 1 12 0,8 0,15 7 Máy doa 19 1 12 0,6 0,2 Tổng nhóm 2 n = 5 73 Nhóm 3 1 Máy chuốt 9 1 4,5 0,65 0,18 2 Máy sọc 10 1 5 0,6 0,16 3 Máy doa 12 1 13 0,65 0,17 4 Máy bào 13 1 4,5 0,8 0,16 5 Máy tiện 14 1 4,5 0,6 0,2 6 Máy BA hàn 380/65 V 15 1 6,2 0,65 0,15 7 Cầu trục 20 1 9 0,6 0,16 Tổng nhóm 3 n = 7 46,7 Trong đồ án này ngoài phụ tải 3 pha còn có phụ tải 1 pha và phụ tải làm việc với chế độ ngắn hạn. Ta phải tiến hành quy đổi thiết bị làm việc ngắn hạn về dài hạn và 3 pha làm việc. - 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. + Đối với máy biến áp hàn: P'đm = Sđm.cos. Trong đó: P'đm là công suất định mức đã quy đổi về chế độ làm việc dài hạn. - 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 Với cầu trục: P'đm = 15. = 9( kW) Với máy biến áp hàn: Giả sử máy biến áp hàn được mắc vào hai pha A, B quy đổi về thiết bị 3 pha có công suất tương đương, ta có: PfaA = p(ab)a.PAB = 0,84.15 = 12,6 (kW). PfaB = p(ab)b.PAB = 0,16.15= 2,4 (kW). PfaC = 0 DP = Pmax – Pmin = 12,6 – 0 = 12,6 . Ta thấy DP = 31% > DPcb = 15%. Nên P'đm = Sđm.cos. = 15.0.65. = 6,2( kW) 2.1.2 Các phương pháp 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: a - Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu : Một cách gần đúng có thể lấy Pđ = Pđm Khi đó : . Trong đó : - Pđi, Pđmi : công suất đặt và công suất định mức của thiết bị thứ i ( kW). - Ptt, Qtt, Stt : công suất tác dụng, phản kháng và toàn phần tính toán của nhóm thiết bị ( kW, kVAR, kVA ). - n : số thiết bị trong nhóm. - Knc : hệ số nhu cầu của nhóm hộ tiêu thụ đặc trưng tra trong sổ tay tra cứu. Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, thuận tiện. Nhược điểm của phương pháp này là kém chính xác. Bởi hệ số nhu cầu tra trong sổ tay là một số liệu cố định cho trước, không phụ thuộc vào chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm. b - Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất : Công thức tính : Ptt = P0.F Trong đó : - P0 : suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất ( W/m2 ). Giá trị P0 đươc tra trong các sổ tay. - F : diện tích sản xuất ( m2 ). Phương pháp này chỉ cho kết quả gần đúng khi có phụ tải phân bố đồng đều trên diện tích sản xuất, nên nó được dùng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, thiết kế chiếu sáng. c. Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị thành phần : Công thức tính toán : Trong đó : M : Số đơn vị sản phẩm được sản xuất ra trong một năm. Wo : Suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm ( kWh ). Tmax : Thời gian sử dụng công suất lớn nhất ( giờ ). Phương pháp này được dùng để tính toán cho các thiết bị điện có đồ thị phụ tải ít biến đổi như : quạt gió, máy nén khí, bình điện phân… Khi đó phụ tải tính toán gần bằng phụ tải trung bình và kết quả tính toán tương đối chính xác. d. Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số cực đại. Công thức tính : Trong đó : n : Số thiết bị điện trong nhóm. Pđmi : Công suất định mức thiết bị thứ i trong nhóm. Kmax : Hệ số cực đại tra trong sổ tay theo quan hệ. Kmax = f ( nhq, Ksd ). nhq : số thiết bị sử dụng điện có 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 có các thiết bị có công suất và chế độ làm việc khác nhau ). Công thức để tính nhq như sau : nhq = Trong đó : Pđm : công suất định mức của thiết bị thứ i. n : số thiết bị có trong nhóm. Khi n lớn thì việc xác định nhq theo phương pháp trên khá phức tạp do đó có thể xác định nhq một cách gần đúng theo cách sau : Khi thoả mãn điều kiện : m = ≤ 3 và Ksd ≥ 0,4 thì lấy nhq = n. Trong đó Pđm min, Pđm max là công suất định mức bé nhất và lớn nhất của các thiết bị trong nhóm. Khi m > 3 và Ksd ≥ 0,2 thì nhq có thể xác định theo công thức sau : nhq = Khi m > 3 và Ksd < 0,2 thì nhq được xác định theo trình tự như sau : Tính n1 - số thiết bị có công suất ≥ 0,5Pđm max. Tính P1- tổng công suất của n1 thiết bị kể trên : P1 = Tính ; P : tổng công suất của các thiết bị trong nhóm : P = Dựa vào n*, P* tra bảng xác định được nhq* = f (n*,P* ) Tính nhq = nhq*.n Cần chú ý là nếu trong nhóm có thiết bị tiêu thụ điện làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại thì phải quy đổi về chế độ dài hạn khi tính nhq theo công thức : e% : hệ số đóng điện tương đối phần trăm . Cũng cần quy đổi về công suất 3 pha đối với các thiết bị dùng điện 1 pha. Nếu thiết bị 1 pha đấu vào điện áp pha : Pqd = 3.Pđmfa max Thiết bị một pha đấu vào điện áp dây : Pqd = .Pđm Chú ý : Khi số thiết bị hiệu quả bé hơn 4 thì có thể dùng phương pháp đơn giản sau để xác định phụ tải tính toán : Phụ tải tính toán của nhóm thiết bị gồm số thiết bị là 3 hay ít hơn có thể lấy bằng công suất danh định của nhóm thiết bị đó : Ptt = n : số thiết bị tiêu thụ điện thực tế trong nhóm. Khi số thiết bị tiêu thụ thực tế trong nhóm lớn hơn 3 nhưng số thiết bị tiêu thụ hiệu quả nhỏ hơn 4 thì có thể xác định phụ tải tính toán theo công thức : Ptt = Trong đó : Kt là hệ số tải . Nếu không biết chính xác có thể lấy như sau : Kt = 0,9 đối với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn . Kt = 0,75 đối với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. e. Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số hình dáng Công thức tính : Ptt = Khd.Ptb Qtt = Ptt.tgφ Stt = Trong đó Khd : hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải tra trong sổ tay. Ptb : công suất trung bình của nhóm thiết bị khảo sát. A : điện năng tiêu thụ của một nhóm hộ tiêu thụ trong khoảng thời gian T. f. Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và độ lệch trung bình bình phương. Công thức tính : Ptt = Ptb ± β.δ. Trong đó : β : hệ số tán xạ. δ : độ lệch của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình. Phương pháp này thường được dùng để tính toán phụ tải cho các nhóm thiết bị của phân xưởng hoặc của toàn bộ nhà máy. Tuy nhiên phương pháp này ít được dùng trong tính toán thiết kế mới vì nó đòi hỏi khá nhiều thông tin về phụ tải mà chỉ phù hợp với hệ thống đang vận hành. g. Xác định phụ tải đỉnh nhọn của nhóm thiết bị. Theo phương pháp này thì phụ tải đỉnh nhọn của nhóm thiết bị sẽ xuất hiện khi thiết bị có dòng khởi động lớn nhất mở máy còn các thiết bị khác trong nhóm làm việc bình thường và được tính theo công thức sau : Iđn = Imm(max) + Itt – Ksd.Iđm max Trong đó : Imm( max )- dòng khởi động của thiết bị có dòng khởi động lớn nhất trong nhóm. Itt - dòng tính toán của nhóm máy . Iđm max - dòng định mức của thiết bị đang khởi động. Ksd - hệ số sử dụng của thiết bị đang khởi động. 2.1.3 Tính toán phụ tải từng nhóm Tính toán cho nhóm 1 TTss Tên thiết bị Ký hiệu Số lượng Công suất Pdm(kW) cosj Ksd Iđm (A) 1 Máy tiện 1 1 10 0,65 0,18 23 2 Máy doa 4 1 4,5 0,8 0,16 8,5 3 Máy doa 5 1 8 0,7 0,15 17,4 4 Máy tiện 6 1 5 0,8 0,8 9 5 Máy mài tròn 8 1 7,5 0,75 0,75 15 6 Máy phay 17 1 17 0,65 0,65 40 Tổng nhóm 1 n = 6 52 0,72 0,17 113 Dòng điện định mức được xác định: Iđm = Máy tiện : Iđm = 23( A) Máy bào 1: Iđm = 8,5( A) Máy bào 2: Iđm = 17,4( A) Máy phay 1: Iđm = 9( A) Máy phay 2: Iđm = 15( A) Máy doa: Iđm = 40( A) Phụ tải tính toán được xác định: Ptt = kmax.ksd. Số thiết bị trong nhóm n = 6. Thiết bị có công suất lớn hơn 50% công suất của thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm là:n1 = 2 Tổng công suất của n1 thiết bị P1 = 27( kW) Tổng công suất của n thiết bị P = 52( kW) Từ đó ta có: n* = = = 0,3 P* = = = 0,5 Với n* và P* vừa tính được chúng ta tiến hành tra bảng để xác định = 0,8 nhq = n. = 6.0,8 = 4,8 Hệ số sử dụng = 0,17 Kmax = 3,5 Vì hệ số công suất cosj của các thiết bị trong nhóm là không giống nhau nên ta phải tính hệ số công suất trung bình theo công thức: cosφtb = = 0,72 tgj = 1,02 Phụ tải tính toán của nhóm 1 được xác định: Ptt= Kmax.Ksd. = 3,5.0,17.52 = 31 (kW). Qtt=Ptt.tgj = 31.1,02 = 32 (kW). (kVA). Suy ra dòng điện tính toán của nhóm 1 là: (A). Đối với một nhóm máy, dòng điện đỉnh nhọn xuất hiện khi máy có dòng điện mở máy lớn nhất trong nhóm mở máy, còn các máy khác làm việc bình thường. Do đó công thức tính như sau: Iđn = Imm(max) + Itt - Ksd .Iđmmax Trong đó : Imm( max) - dòng khởi động của thiết bị có dòng khởi động lớn nhất trong nhóm. Itt - dòng tính toán của nhóm máy . Iđm max - dòng định mức của thiết bị đang khởi động. Ksd - hệ số sử dụng của thiết bị đang khởi động. Pđmmax = 17 ( kW) :Máy doa Immmax = Kmm.Iđmmax = 6. = = 215 ( A) Itt = = = 68 ( A) Iđmmax = = = 36 ( A) Iđn = 215 + 68 – 0,72.36 = 257 ( A). Tính toán tương tự với 2 nhóm còn lại ta có bảng tính toán các thông số như sau: Bảng 2-2: Bảng tính toán cho các nhóm máy P.X cơ khí Nhóm åPđmnh cosjTBnh Ksdnh kmaxnh Pttnh Qttnh Sttnh Itt Iđn.nh 1 52 0,7 0,17 3,5 31 32 45 68 257 2 73 0,65 0,18 2,5 32,85 38,4 50 76 263 3 46,7 0,64 0,17 2,7 21 25 33 50 215 2.1.4 - Phụ tải chiếu sáng cho phân xưởng cơ khí Công suất chiếu sáng được xác định theo công thức: Pttcs = p0.F Trong đó : p0: Suất chiếu sáng. Tra theo bảng. F: là diện tích phân xưởng Trong phân xưởng xửa chữa cơ khí hệ thống chiếu sáng sử dụng đèn sợi đốt,với phân xưởng sửa chữa cơ khí ta có p0=12W/m2 Pttcs =p0.F =12.35.17 = 7,14 kW Qttcs =Pttcs.tgφcs=0 (đèn sợi đốt cosφcs=1) 2.1.5 - Phụ tải tính toán toàn phân xưởng cơ khí Phụ tải tính toán của phân xưởng được tính theo công thức sau : Với Kđt là hệ số đang xét tới sự làm việc đồng thời giữa các nhóm máy trong phân xưởng và Kđt = 0,8 – 0,85. Þ (kVA). PttPX = SttPX .cosjTB = 132.0,66 = 87,12(kW). (kVAr). Dòng điện tính toán của toàn phân xưởng: (A). 2.2 - TÍNH TOÁN PHỤ TẢI CỦA TOÀN NHÀ MÁY. Diện tích toàn nhà máy: F = 10413 m Diện tích đường đi bãi trống: F' = 10413 – (85,5 +149+166+140+166+149+192,5+157,5+166+131,25+122,5+411,25+313,5+260) = 7803 m Phụ tải chiếu sáng nhà máy: PttcsNM = p0.F' = 0,15.7803 = 1170,45 ( kW) Phụ tải của toàn nhà máy được xác định theo công thức: Trong đó : Kđt là hệ số đồng thời xét đến khả năng phụ tải lớn nhất của phân xưởng Kđt = 0,8 ÷ 0,85. Kpt là hệ số kể đến khả năng phát triển thêm phụ tải trong tương lai của nhà máy : Kpt = 1,05 - 1,15. åPttNM = 120+127+180+165+200+180+160+90+110+170+70+50+50+70 = 1742 (kW). åQttNM = 110+95+130+125+180+150+120+70+90+160+50+35+25+75 = 1415 ( kVAr). (kVA). Bảng 2 – 3 : Bảng phụ tải tính toán của nhà máy Stt Tên phân xưởng Ptt (kW) Qtt (kVAr) Loại hộ 1 Cơ điện 120 110 2 2 Cơ khí số 1 127 95 1 3 Cơ khí số 2 180 130 1 4 Rèn, dập 165 125 2 5 Đúc thép 200 180 1 6 Đúc gang 180 150 1 7 Dụng cụ 160 120 2 8 Mộc mẫu 90 70 1 9 Lắp ráp 110 90 2 10 Nhiệt luyện 170 160 1 11 Kiểm nghiệm 70 50 1 12 Kho 1 (Sản phẩm) 50 35 2 13 Kho 2( Vật tư) 50 25 2 14 Nhà hành chính 70 75 1 Toàn nhà máy 1742 1415 CHƯƠNG III THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG VÀ TOÀN NHÀ MÁY A – THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG CƠ KHÍ 3.1 – ĐẶT VẤN ĐỀ : Mạng điện phân xưởng dùng để cung cấp và phân phối điện năng cho phân xưởng nó phải đảm bảo các yêu cầu về kinh tế, kỹ thuật như : Đơn giản, tiết kiệm về vốn đầu tư, thuận lợi khi vận hành và sữa chửa, dể dàng thực hiện các biện pháp bảo vệ và tự động hóa, đảm bảo chất lượng điện năng, giảm đến mức nhỏ nhất các tổn thất phụ. Sơ đồ nối dây của phân xưởng có 3 dạng cơ bản : Sơ đồ nối dây hình tia : Có ưu điểm là nối dây rõ ràng, mỗi hộ dùng điện được cung cấp 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 bảo quản vận hành. Khuyết điểm của nó là vốn đầu tư lớn. Vì vậy sơ đồ nối dây hình tia thường được dùng khi cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loai 1 va 2. Sơ đồ hình tia dùng để cung cấp điện cho các phụ tải phân tán. Từ thanh cái trạm biến 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... - Sơ đồ nối dây phân nhánh : Ưu điểm của sơ đồ này là tốn ít cáp , chủng loại cáp cũng ít. Nó thích hợp với các phân xưởng. có phụ tải nhỏ, phân bố không đồng đều. Nhược điểm là độ tin cậy cung cấp điện thấp thường dùng cho các hộ loại III - Sơ đồ nối dây hỗn hợp : Có nghĩa là phối hợp các kiểu sơ đồ trên tuỳ theo các yêu cầu riêng của từng phụ tải hoặc của cấc nhóm phụ tải. Từ những ưu khuyết điểm trên ta dùng sơ đồ hỗn hợp của hai dạng sơ đồ trên để cấp điện cho phân xưởng, cụ thể là : - Tủ phân phối của phân xưởng: Đặt 1 áptômát tổng phía từ trạm biến áp về và 3 áptômát nhánh cấp điện cho 3 tủ động lực. - Các tủ động lực: Mỗi tủ được cấp điện từ thanh góp tủ phân phối của phân xưởng bằng một đường cáp ngầm hình tia, phía đầu vào đặt áptômát hoặc cầu dao và cầu chì làm nhiệm vụ đóng cắt, bảo vệ quá tải và ngắn mạch cho các thiết bị trong phân xưởng. Các nhánh ra cũng đặt các cầu dao, cầu chì nhánh để cung cấp trực tiếp cho các phụ tải, thường các tủ động lực có tối đa 8 - 12 đầu ra vì vậy đối với các nhóm có số máy lớn sẽ nối chung các máy có công suất bé lại với nhau cùng một đầu ra của tủ động lực. - Trong một nhóm phụ tải: Các phụ tải có công suất lớn thì được cấp bằng đường cáp hình tia còn các phụ tải có công suất bé và ở xa tủ động lực thì có thể gộp thành nhóm và được cung cấp bằng đường cáp trục chính. 3. 2 – CHỌN SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG CƠ KHÍ. Qua phân tích ở trên đối với phân xưởng cơ khí ta dùng sơ đồ hổn hợp để cung cấp điện cho phân xưởng : Sơ đồ nguyên lý như hình vẽ : Điện năng nhận từ thanh cái hạ áp của MBA phân xưởng qua aptomat đưa về tủ phân phối bằng đường cáp động lực ( cáp 1) sau đó từ tủ phân phối có các lộ ra dẫn về các tủ động lực qua hệ thống cáp ( cáp 2). Từ tủ động lực điện năng được đưa đến các thiết bị bằng dây dẫn cách điện luồn trong ống sắt. Việc đóng cắt và bảo vệ ở đây dùng cầu dao và aptomat. 3.3 – CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG CƠ KHÍ 3.3.1 – Chọn dây chảy bảo vệ cho từng máy : - Cầu chì là một thiềt bị bảo vệ đơn giản, rẻ tiền nhưng độ nhạy kém. Nó chỉ tác động khi dòng điện lớn hơn định mức nhiều lần, chủ yếu là khi ngắn mạch. Cầu chì được chọn theo điện áp định mức, dòng điện định mức và dòng điện cắt định mức. Ngoài ra phải chú ý đặt cầu chì trong nhà hay ngoài trời. Chọn dây chảy của cầu chì dựa vào các yêu cầu sau : Dây chảy phải không được chảy khi dòng cho phép lâu dài lớn nhất chạy qua, cho phép quá tải ngắn hạn như khởi động động cơ. Dây chảy phải chảy khi có dòng ngắn mạch chạy qua hoặc dòng quá tải lớn hơn giá trị cho phép. Các điều kiện chọn : Trong đó: Iđmdc: - dòng điện định mức của động cơ. Idc – dòng điện định mức của dây chảy cầu chì. α – hệ số phụ thuộc điều kiện khởi động. - Với động cơ mở máy không tải α = 2,5. - Với động cơ mở máy có tải α = 1,6 ¸ 2,5. - Với máy hàn α = 1,6. Iđn – Dòng điện đỉnh nhọn. kmm – Hệ số mở máy của động cơ. - Với động cơ KĐB kmm = 5 – 7. - Với động cơ đồng bộ kmm = 2 – 2,5. - Với máy hàn và lò hồ quang kmm >3. Uđm – Điện áp định mức của lưới điện ( điện áp dây) kV. Pđm – Công suất định mức của động cơ kW. Cosj - Hệ số công suất định mức của động cơ cho trong lý lịch máy. Tính cho máy tiện: Iđmđc = 23(A); Imm = Iđn = 23.5 = 115 (A). Idc ³ 23(A). Idc ³ (A). Chọn loại cầu chì có Iđmdc = 50 (A), có ký hiệu là ÕH2 – 100. Làm tương tự cho các máy khác ta có bảng sau: Bảng 3 – 1: Chọn thông số cầu chì bảo vệ cho các thiết bị điện TT Nhóm Tên thiết bị Iđm (A) Loại cầu chì Idc (A) 1 I Máy tiện 23 ÕH2 - 100 50 2 Máy bào 8,5 HÕH 20 3 Máy bào 17,4 ÕH2 - 100 40 4 Máy phay 9 HÕH 20 5 Máy phay 15 ÕH2 - 100 40 6 Máy doa 40 ÕH2 - 100 100 7 II Máy tiện 11 ÕH2 - 100 30 8 Máy tiện 18 ÕH2 - 100 40 9 Máy mài tròn 26 ÕH2 - 100 60 10 Máy doa 25 ÕH2 - 100 60 11 Máy phay 38 ÕH2 - 100 80 12 Máy tiện 23 ÕH2 - 100 50 13 Máy doa 30 ÕH2 – 100 80 14 III Máy chuốt 10,5 ÕH2 – 100 30 15 Máy sọc 13 ÕH2 – 100 30 16 Máy doa 30 ÕH2 – 100 80 17 Máy bào 8,5 HÕH 20 18 Máy tiện 11 ÕH2 – 100 30 19 Máy BA hàn 14,5 ÕH2 – 100 50 20 Cầu trục 23 ÕH2 – 100 40 3.3.2 - Chọn dây dẫn cung cấp cho các thiết bị: Dây dẫn cung cấp trong mạng điện áp thấp của phân xưởng chọn theo điều kiện phát nóng ( dòng điện làm việc lâu dài cho phép). Vì khoảng cách từ tủ động lực tới các thiết bị cũng như từ tủ phân phối hạ áp tới các tủ động lực ngắn, thời gian làm việc của các máy công cụ ít, nếu chọn théo mật độ dòng điện kinh tế sẽ gây lảng phí kim loại màu nên dây dẫn chỉ chọn theo điều kiện phát nóng là đủ. Xác định cỡ dây chôn dưới đất ( trong trường hợp này cần xác định hệ số K): Xác định hệ số hiệu chỉnh K Với mạch chôn trong đất, K sẽ đặc trưng cho điều kiện lắp đặt: K =K1.K2.K3.K4   Hệ số K thể hiện toàn diện của điều kiện lắp đặt và là tích K1, K2, K3, K4   Các giá trị của một vài hệ số sẽ được cho trong bảng 3-2 và bảng 3-3. Hệ số K1 : K1 thể hiện cách lắp đặt . Bảng 3-2 : Hệ số K1 theo cách lắp đặt Cách lắp đặt K1 Đặt trong ống bằng đất nung, ống ngầm hoặc rãnh đúc 0,8 Trường hợp khác 1 Hệ số K2 : K2 thể hiện số dây đặt kề nhau ( các dây được coi là kề nhau nếu khoảng cách L giữa chúng nhỏ hơn 2 lần đường kính của dây lớn nhất trong hai dây ).     Bảng 3-3 : Hệ số K2 cho số dây trong hàng. Định vị dây đặt kề nhau K2 Chôn ngầm Số mạch hoặc cáp nhiều lõi 1 2 3 4 5 6 7 8 9 12 1 0,8 0,7 0,65 0,6 0,57 0,54 0,52 0,5 0,45 Bảng 3- 4 : Hệ số K3 thể hiện ảnh hưởng của đất chôn cáp Tính chất của đất K3 Rất ướt (bảo hòa) 1,21 Ướt 1,13 ẩm 1,05 Khô 1 Rất khô 0,86 Bảng 3 - 5 : Hệ số K4 phụ thuộc nhiệt độ đất. t0 đất 0C Cách điện PVC XLPE, EPR ( cao su ethylen – propylen) 10 1,1 1,07 15 1,05 1,04 20 1 1 25 0,95 0,96 30 0,89 0,93 35 0,84 0,89 40 0,77 0,85 45 0,71 0,8 50 0,63 0,76 55 0,55 0,71 60 0,45 0,65 Theo điều kiện chọn cách lắp đặt sử dụng ta xác định các hệ số như sau: K1 = 1, K2 = 1, K3 = 1, K4 = 0,95 Þ K = 0,95. Với b - là hệ số điều chỉnh. - Đối với mạng động lực thì b = 3. - Đối với mạng sinh hoạt thì b = 0,8 - Đối với mạng cung cấp cho phụ tải đặc biệt thì b = 1,25 – 1,5. Tính cho máy tiện: Ta có: Pđm = 10 (kW); cosj = 0,65; ksd = 0,18. Điều kiện chọn: Với giá trị cho phép của máy tiện ta chọn cáp đồng có cách điện PVC do hãng LENS chế tạo có thông số: S = 1,4 mm2 ; ICP (trong nhà) = 31 (A). Loại dây dẫn chôn sâu 0,7 m với nhiệt độ tiêu chuẩn của dây dẫn là 550C, nhiệt độ môi trường là 250C. Tra bảng 4.28 trang 379 TL “ HTCCĐ”. Làm tương tự cho các máy khác ta có bảng số liệu sau: Bảng 3 – 6: Tính chọn dây dẫn cho phân xưởng cơ khí TT Nhóm Tên thiết bị ICPtt Thông số của cáp I max dlõi dvõ (mm) r0 ,ở 200C S Icp mm Min Max W/km mm2 (A) 1 Máy tiện 24,2 1,8 5,7 7,0 7,41 2,5 41 2 Máy bào 8,9 1,4 5,3 6,6 12,1 1,5 31 3 Máy bào 18,3 1,4 5,3 6,6 12,1 1,5 31 4 Máy phay 9,5 1,4 5,3 6,6 12,1 1,5 31 5 Máy phay 15,8 1,4 5,3 6,6 12,1 1,5 31 6 Máy doa 42 1,8 5,7 7,0 7,41 2,5 41 7 II Máy tiện 12 1,4 5,3 6,6 12,1 1,5 31 8 Máy tiện 18,7 1,4 5,3 6,6 12,1 1,5 31 9 Máy mài tròn 27 1,8 5,7 7,0 7,41 2,5 41 10 Máy doa 27 1,8 5,7 7,0 7,41 2,5 41 11 Máy phay 40 1,8 5,7 7,0 7,41 2,5 41 12 Máy tiện 24 1,8 5,7 7,0 7,41 2,5 41 13 Máy doa 32 1,8 5,7 7,0 7,41 2,5 41 14 III Máy chuốt 11 1,4 5,3 6,6 12,1 1,5 31 15 Máy sọc 13,3 1,4 5,3 6,6 12,1 1,5 31 16 Máy doa 32 1,8 5,7 7,0 7,41 2,5 41 17 Máy bào 9 1,4 5,3 6,6 12,1 1,5 31 18 Máy tiện 12 1,4 5,3 6,6 12,1 1,5 31 19 Máy BA hàn 15,3 1,4 5,3 6,6 12,1 1,5 31 20 Cầu trục 24 1,8 5,7 7,0 7,41 2,5 41 3.3.3 - Chọn dây chảy bảo vệ cho từng nhóm máy: Nhóm 1: Đối với 1 nhóm máy dòng đỉnh nhọn xuất hiện khi mở máy thiết bị có công suất lớn nhất còn các thiết bị khác làm việc bình thường. Để bảo vệ cho từng nhóm máy chọn dây bảo vệ theo điều kiện sau đây: IDC ³ Ittnh = 68 (A) (A). α là hệ số phụ thuộc vào điều kiện khởi động IDCnh ³ IDcimax . IDcimax – là dòng định mức của thiết bị có dòng mở máy lớn nhất trong nhóm: Tra bảng 2.32 TL CCĐ ta chọn được loại cầu chì ÕH2 – 250 có IDC = 120 (A). Các nhóm khác tính toán tương tự ta có kết quả ghi ở bảng sau: Bảng 3 -7 : Thông số cầu chì các nhóm máy phân xưởng cơ khí số 1 Nhóm Ittnh (A) Iđn/a (A) Loại CC Chọn IDC (A). Dòng điện cắt giới hạn I 68 102,8 ÕH2 - 250 120 50 II 76 105,2 ÕH2 - 250 120 50 III 50 86 ÕH2 - 100 100 50 Chọn dây chảy cho phụ tải chiếu sáng : Điều kiện chọn : IDCcs ³ Iđm = Itt = 27,3. Theo bảng 2.32 sách CCĐ chọn cầu chì loại ÕH2 – 100 có IDC = 40 (A). 3.3.4 – Chọn cáp dẫn cung cấp cho từng nhóm máy : Điều kiện chọn : Uđmcáp ³ Uđmmạng ; [I] Tính toán cho nhóm I : ( A ) Chọn cáp 4 lõi cách điện PVC do Hãng LENS chế tạo có số liệu sau : S = 3,8mm2 ; ICP = 87 (A) ký hiệu 3 G 10. Tương tự cho nhóm II, III ta lập được bảng chọn cáp cho từng nhóm máy. Bảng 3 -7 : Thông số kỹ thuất cáp cho các nhóm máy của phân xưởng cơ khí số 1 Nhóm Ittnh [I] Tham số kỹ thuật của cáp S d(mm) Vỏ R0 W/km ICP A mm2 Lõi min max I 68 71,6 4x4 3,8 13,5 17,0 1,83 87 II 76 80 4x4 3,8 13,5 17,0 1,83 87 III 50 52,6 4x6 2,9 12 15 3,08 66 3.3.5 – Chọn tủ phân phối Điều kiện chọn tủ phân phối : Số lộ ra n ³ 5. Tra tài liệu bảng sách CCĐ ta chọn loại tủ CÕ-7/I có Iđmvào = 400 (A) và số lộ ra là : 8 x 100. 3.3.6 – Chọn tủ động lực Điều kiện chọn: Số đầu ra là : n > 5. Xét cho nhóm 1 : Chọn loại tủ có cầu dao – cầu chì ký hiệu CÕ58 – 7/I có Iđmvào = 400 (A) và số lộ ra là 6 x 100. Tương tự chọn tủ cho các nhóm khác ta có bảng lựa chọn sau : Bảng 3 -8 : Thông số kỹ thuật của tủ động lực phân xưởng cơ khí Nhóm Loại tủ Ittnh(A) Iđmvào(A) Số lộ ra I CÕ58 – 7/I 68 400 6x100 II CÕ58 – 7/I 76 400 7x100 III CÕ58 – 7/I 50 400 7x100 3.3.7 – Chọn áp tomat bảo vệ cho phân xưởng: Điều kiện chọn : UđmATM ³ Uđmmạng ; IđmATM ³ IđmBA ³ IttPX = 200 (A). Căn cứ vào số liệu tính toán ta chọn aptomat do hãng MERLIN GERIN chế tạo có các số liệu sau : Loại NS250N có số cực là 3, Iđm = 250 (A), Uđm = 690 (V), IN = 8 (KV). B - THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO NHÀ MÁY CƠ KHÍ 3.1 – ĐẶT VẤN ĐỀ Mạng điện nhà máy là một phần quan trọng trong toàn bộ công việc cung cấp điện cho nhà máy. Việc thiết kế một mạng điện là hợp lý đảm bảo các chỉ tiêu yêu cầu về kinh tế kỹ thuật là một việc hết sức khó khăn. Mạng điện nhà máy bao gồm 2 phần bên trong và bên ngoài nhà máy. Phần bên trong bao gồm các trạm biến áp phân xưởng và các đường dây cung cấp vào các phân xưởng, phần bên ngoài nhà máy bao gồm đường dây nhận điện từ hệ thống điện dẫn tới nhà máy. Khi thiết kế mạng điện nhà máy cần đảm bảo các yêu cầu sau : 3.1.1 – Về mặt kinh tế : - Vốn đầu tư ban đầu phải nhỏ. - Chi phí vận hành hàng năm là nhỏ nhất. - Tiết kiệm được vật liệu 3.1.2 – Về kỹ thuật - Đảm bảo liên tục cung cấp điện phù hợp với yêu cầu từng loại hộ phụ tải. - Đảm bảo chất lượng điện năng phù hợp với mức độ quan trọng của các hộ tiêu thụ. - Sơ đồ đi dây phải đơn giản, xử lý nhanh, thao tác không nhầm lẫn. Trong thực tế thì kinh tế và kỹ thuật luôn mâu thuẩn nhau, phương án tốt về mặt kỹ thuật thì vốn đầu tư lại quá cao tuy nhiên chí phí vận hành hàng năm nhỏ. Ngược lại phương án có vốn đầu tư nhỏ thì chi phí vận hành hàng năm lại lớn. Do đó để lựa chọn phương án cung cấp điện ta phải so sánh cả về kinh tế và kỹ thuật của các phương án sao cho vừa đảm bảo về yêu cầu kỹ thuật vừa đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế. 3.2 – CHỌN PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN CHO NHÀ MÁY 3.2.1 - Chọn sơ đồ cung cấp điện: Ở đây nhà máy là hộ phụ tải loại 1 do đó để đảm bảo tính liên tục cung cấp điện ta phải dùng 2 tuyến đường dây lấy từ 2 nguồn khác nhau với cấp điện áp là 35 KV. Bên trong nhà máy thường dùng 2 loại sơ đồ chình là: sơ đồ hình tia và sơ đồ phân nhánh, ngoài ra còn có thể kết hợp cả 2 sơ đồ thành sơ đồ hỗn hợp. Chọn sơ đồ đi dây: Sơ đồ hình tia, sơ đồ phân nhánh hay sơ đồ hỗn hợp mỗi loại sơ đồ đều có những ưu nhược điểm của nó và phạm vi sử dụng thuận lợi đối với từng nhà máy. Căn cứ vào yêu cầu CCĐ của nhà máy ta chọn sơ đồ hình tia để cung cấp điện cho nhà máy. Sơ đồ hình tia có độ tin cậy CCĐ cao hơn, bảo vệ rơle làm việc dễ dàng không nhầm lẫn. Sơ đồ hình tia thuận tiện cho việc sửa chữa và dễ phân cấp bảo vệ, mặc dù vốn đầu tư có cao nhưng chi phí vận hành hàng năm lại nhỏ. Xét đặc điểm của nhà máy là phụ tải phân bố không đều và không liền kề hơn nữa trong nhà máy các phân xưởng phân bố không có quy luật nhất định. Phụ tải của nhà máy là phụ tải loại 1 do đó ta chọn sơ đồ hình tia để cung cấp điện cho nhà máy. 3.2.2 - Chọn dung lượng và số lượng máy biến áp cho trạm biến áp nhà máy: Để CCĐ cho các phân xưởng tôi dùng các MBA điện lực đặt ở các trạm biến áp phân xưởng biến đổi điện áp 35 KV của lưới thành cấp điện áp 0,4 KV cung cấp cho phân xưởng. Các trạm BA đặt càng gần trung tâm phụ tải càng tốt để giảm tổn thất điện áp và tổn thất công suất. Trong 1 nhà máy nên chọn càng ít loại MBA càng tốt điều này thuận tiện cho việc vận hành và sửa chữa, thay thế và việc chọn thiết bị cao áp, thuận lợi cho việc mua sắm thiết bị. Số lượng và dung lượng MBA trong trạm phải đảm bảo sao cho vốn đầu tư và chi phí vận hành hàng năm là nhỏ nhất đồng thời phù hợp với yêu cầu CCĐ của nhà máy. Dựa vào những yêu cầu cơ bản trên, căn cứ vào sơ đồ mặt bằng nhà máy và phụ tải của các phân xưởng yêu cầu CCĐ với phụ tải tính toán của nhà máy cơ khí số 1N4 : - SttNM = 2979 (KVA) , Nguồn cung cấp có cấp điện áp là 35 KV. - Nhà máy thuộc hộ phụ tải loại I. Sau đây là một số phương án CCĐ. a - Phương án 1: Phương án này dùng 3 MBA có công suất Sđm= 1000 KVA . MBA này do Việt Nam sản xuất có cấp điện áp là 35/ 0,4 KV được đặt làm 1 trạm. b - Phương án 2: Phương án này dùng 4 MBA có công suất Sđm= 750 KVA có cấp điện áp là 35/ 0,4 KV do Việt nam sản xuất được đặt làm 2 trạm, trạm 1 gồm 2 MBA trạm 2 gồm 2 MBA. Phụ tải của từng trạm ghi trong bảng (2-3). Bảng 3 – 10 : Bảng tham số kỹ thuật của MBA do Việt Nam chế tạo chế tạo: Loại Sđm KVA Uđm Tổn thất W hđm % UN% i0 % Giá (đ) Cao Hạ DP0 DPN 1000 35/0,4 1000 35 0,4 5100 15000 98,03 6,5 5,5 150 750 35/0,4 750 35 0,4 4100 11900 97,91 6,5 6,5 115,5 Bảng 3 -11: Bảng các phương án cấp điện cho các Phân xưởng nhà máy Phương án MBA Sđm CCĐ cho các phân xưởng åSttpx I 1 1000 Nhiệt luyện + Cơ điện + Cơ khí 2 + Nhà hành chính + Kho vật tư. 777 2 1000 Mộc mẫu + Đúc gang + Cơ khí 1 + Đúc thép 776 3 1000 Dụng cụ + Lắp ráp + Kiểm nghiệm + Rèn dập + Kho sản phẩm. 696 II 1 2 750 Nhiệt luyện + Kho vật tư + Nhà hành chính + Cơ điện 555 750 Cơ khí 2 + Mộc mẫu + Đúc gang 570 3 4 750 Cơ khí 1 + Đúc thép + Lắp ráp 570 750 Rèn dập + Dụng cụ + Kiểm nghiệm + Kho sản phẩm 554 Qua 2 phương án CCĐ cho nhà máy ở trên có những ưu nhược điểm như sau: - MBA được chọn đều là MBA do Việt nam chế tạo cùng chủng loại sơ đồ, cách đấu dây tương đối đơn giản nên thuận lợi cho việc sửa chữa, vận hành và thay thế. Đảm bảo được yêu cầu về kỹ thuật cung cấp đủ điện cho các hộ phụ tải quan trọng. Để có kết luận chính xác, lựa chọn phương án CCĐ hợp lý nhất ta cần phải so sánh cả 2 phương án này về chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật. 3.2.3 – So sánh các phương án a - So sánh về chỉ tiêu kỹ thuật: Phương án 1: Phương án này dùng 3 MBA mỗi máy có Sđm = 1000 (kVA). 35/0,4 kV Đặt làm 1 trạm.Trong điều kiện làm việc bình thường ta cho 3 MBA có công suất Sđm=1000 KVA làm việc độc lập. Hệ số phụ tải của các máy: KPT = MBA 1: . MBA 2: . MBA 3: . Với 3 MBA 1000 KVA ta thiết kế sao cho khi mất 1 máy thì 2 máy còn lại phải làm việc song song và mang đủ tải của các hộ phụ tải loại I. Cụ thể là 2 MBA làm việc quá tải có công suất là: Sqt = 2.1,4Sđm = 2.1,4.1000 = 2800 (KVA). Phụ tải loại I có công suất là: SLI = SPX Cơ khí 1 + SPX cơ khí 2 + SPX Đúc thép + SPX Đúc gang + SPX Mộc mẫu + SPX Nhiệt luyện + SPX Kiểm nghiệm + S Nhà hành chính = 1420 (KVA). Như vậy ở đây ta thiết kế đã đảm bảo yêu cầu về tính liên tục CCĐ cho các hộ phụ tải loại I Sqt > SL1. Trường hợp nếu 1 thanh cái bị hỏng ta có thể dùng ATM liên lạc hoặc dùng 1 thanh cái dự phòng. Trong trường hợp xấu nhất lúc nào cũng phải đảm bảo 2 MBA làm việc song song. Phương án 2: Phương án II ta dùng 4 MBA 750 - 35/ 0,4 KV đặt thành 2 trạm phụ tải của các phân xưởng. Trong điều kiện làm việc bình thường ta cho các MBA trong 1 trạm làm việc song song, 2 máy làm việc độc lập. Trạm 1: MBA 1 + 2: . Trạm 2: MBA 3 + 4: . Nhà máy thuộc hộ phụ tải loại I nên ta phải lấy ít nhất 2 nguồn cung cấp cho nhà máy hoặc có thể dùng 1 nguồn và 1 nguồn dự phòng hoặc dùng máy phát dự phòng. Trong điều kiện làm việc sự cố. Khi sảy ra sự cố 1 nguồn của TBA thì phải có máy cắt liên lạc để đóng thanh cái còn lại vào mạng sao cho thời gian mất điện là ngắn nhất. Trên thanh cái hạ áp của MBA ta thiết kế dùng ATM liên lạc sao cho khi sảy ra sự cố trên 1 thanh cái hạ áp của MBA thì ATM liên lạc phải tác động nhằm đảm bảo tính liên tục cung cấp điện cho các hộ phụ tải loại 1. Khi sảy ra sự cố trên 1 thanh cái cao áp của trạm thì phải đảm bảo lúc nào cũng có 1 MBA làm việc tương tự như trường hợp 1 MBA bị sự cố. Khi đó 1 MBA còn lại với hệ số quá tải 40% phải đảm bảo cung cấp điện cho các hộ phụ tải loại 1 cụ thể là: Sqt = 1,4.Sđm = 1,4.750 = 1050 (KVA) Như vậy đối với trạm 1 lúc này: Sqt = 1050 (KVA) SL1= SPX Nhiệt luyện + SPX Cơ khí 2 + SPX Đúc gang +SNhà hành chính + SPX Mộc mẫu = 906 (KVA). Đối với trạm II: Sqt= 1,4.750 = 1050 (KVA) SL1= SPX Cơ khí 1 + SPX Đúc thép + SKiểm nghiệm = 514 (KVA) Khi sảy ra sự cố 1 MBA trong 1 nhóm máy đang làm việc song song thì cũng tương tự như trường hợp sự cố trên thanh cái cao áp và như vậy là ta thiết kế đã đảm bảo yêu cầu về kỹ thuật và tính liên tục cung cấp điện cho các hộ phụ tải loại I của nhà máy. Kết luận: Qua phân tích 2 phương án ở trên ta thấy cả 2 phương án đều đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật, đã đáp ứng được yêu cầu CCĐ đối với các hộ phụ tải loại I. Để quyết định xem sẽ chọn phương án nào ta phải so sánh cả các chỉ tiêu về kinh tế của 2 phương án trên. b - So sánh về chỉ tiêu kinh tế: Để thuận tiện cho việc tính toán so sánh về kinh tế thì giữa các phương án ta quan tâm đến những yếu tố ảnh hưởng chính đó là: - Vốn đầu tư ban đầu (tiền mua MBA ). - Chi phí vận hành hàng năm. - Tổn thất điện năng trong phạm vi phân xưởng.  Phương án 1: Phương án này dùng 3 MBA 1000-35/ 0,4 do Việt nam chế tạo đặt làm 1 trạm. 3 MBA 1000-35/ 0,4 làm việc độc lập với nhau, phụ tải tương đối đều nhau. Ta có thể áp dụng công thức: DAtrạm = SDABAi DABAi = DP0’t + DPn’.Kpt.t Trong đó: n: Là số MBA. t: Thời gian dòng điện chạy qua MBA hàng năm. T = 8760 h t: Thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất. t Î Tmax, CosjNM .Với nhà máy cơ khí 1N4 TMax = 5000 Cosj = 0,65 tra bảng 4-1 (HTCCĐ trang 49 ta có: t = 3750 h. DP’0 = DP0 +Kkt .DQ’0 (KW) (1) DP’n = DPn +Kkt .DQ’n (KW) (2) Với DQ’0 = i0 %. DQ’n = Un %. Trong đó: Kkt là đương lượng kinh tế của công suất phản kháng. Kkt = 0,05 (KW/KVAR) Tổn thất điện năng ở phương án I: t = (0,124 + 5000.10)8760 = 3411 (h) Với trạm có 3 máy biến áp ta áp dụng công thức: DABA = DP0’.t + DPn’.Kpt.t - MBA 1 có: t = 8760 h, Kpt = 0,777 , t = 3750 h ®DP0’ = 5,1 + 0,05. ( KW ) DPn’ = 15 + 0,05. ( KW ) Vì trạm đặt 3 máy biến áp, chế độ vận hành các MBA như nhau và các máy biến áp làm việc độc lập, nên chi phí tính toán hàng năm cho phương án I là: Z1 = 3.K.V + =3.0,273.150000000+3.7,85.8760.750+17,75 ×[].750 = 354274800 (đ/năm). Phương án 2: Trạm đặt 4 MBA cùng loại kiểu 750-35/0,4 Trạm biến áp làm việc 3 ca liên tục trong ngày, thời gian vận hành các MBA là 8760 h/năm. Xác định tương tự như trên ta có tổn thất điện năng ở phương án II: - Trạm I: t = 8760 h, Kpt = 0,75 , t = 3750 h. ®DP0’ = 4,1 + 0,05. = 6,5375( KW ). DPn’ = 11,9 + 0,05. = 14,3375( KW ). Vì trạm đặt 4 MBA cùng loại, làm việc độc lập, chế độ vận hành các máy như nhau nên chi phí tính toán hàng năm cho phương án 2 như sau: Z2=4.K.V+=4.0,273.115500000+4.6,5375.8760.750 +14,3375[] =289041453 (đ/năm) Phương án 2 có số vốn đầu tư nhỏ hơn phương án 1: 354274800 – 289041453 = 65233347 (đ/năm). Từ phân tích trên ta thấy phương án 2 có tính hợp lý cao và tiết kiệm được về tổn thất, chi phí vận hành hàng năm và chi phí quy đổi nhỏ. Vậy ta quyết định chọn phương án cấp điện cho nhà máy cơ khí 1N4 là phương án 2. 3.3 - PHỤ TẢI CỦA NHÀ MÁY KỂ CẢ TỔN THẤT CÔNG SUẤT: Để có các số liệu chính xác cho việc tính chọn thiết bị trong mạng điện cho nhà máy ta phải kể đến tổn thất công suất trong các MBA. 3.3.1 - Xác định tổn thất trong các MBA: DP1 = DP0’ + DPn’.Kpt2 = 7 + 14,3375.(0,75)2 = 14,6 (KW). DQ1 = DQ0’ + DQn'.Kpt2 = 48,75 + 48,75.(0,75)2 = 76,17 (KW). DP2 = 6,5375 + 14,3375.(0,76)2 = 14,82 (KW). DQ2 = 48,75 + 48,75.(0,76)2 = 76,9 (KW). DP3 = 6,5375 + 14,3375.(0,76)2 = 14,82 (KW). DQ3 = 48,75 + 48,75.(0,76)2 = 76,9 (KW). DP4 = 6,5375 + 14,3375.(0,74)2 = 14,39 (KW). DQ4 = 48,75 + 48,75.(0,74)2 = 75,44 (KW). ®SDP = DP1 + DP2 + DP3 + DP4 = 58,63 (kW). SDQ = DQ1 + DQ2 + DQ3 + DQ4 = 305,41 (kVAR). Như trên ta đã xác định phụ tải phía hạ áp. Ptt hạ áp = 1742 KW ; Qtt hạ áp = 1415 kVAR. Sau khi kể đến tổn thất trong các MBA ta có: Pttnm = Ptt hạ áp + DP = 1742 + 58,63 = 1800,63 (kW). Qttnm = Qtt hạ áp + DQ = 1415 + 305,41 = 1720,41 (kVAR). Sttnm = (kVA). 3.3.2 – Vị trí đặt trạm biến áp nhà máy. Vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng được chọn theo các tiêu chuẩn sau: - Các trạm biến áp cấp điện cho nhiều phân xưởng thì vị trí của trạm được xác định theo tâm phụ tải sao cho gần tâm phụ tải nhất, như vậy có thể đưa điện áp cao đến các phân xưởng tiêu thụ, rút ngắn mạng phân phối hạ áp, giảm chi phí kim loại dây dẫn, và giảm tổn thất. - Với các trạm biến áp cấp điện cho nhiều phân xưởng ta lên dùng loại trạm biến áp xây dựng độc lập, đặt gần tâm phụ tải. - Tâm phụ tải được tính theo công thức sau:  - Tâm phụ tải điện là điểm thoả mãn điều kiện mômen phụ tải đạt giá trị cực tiểu: Trong đó: Pi và li là 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: ; ; Trong đó: x0; y0; z0 là toạ độ tâm phụ tải điện. xi; yi; zi là toạ độ của phụ tải thứ i tính theo một trục toạ độ XYZ tuỳ chọn. Si là công suất của phụ tải thứ i. Trong thực tế thường ít quan tâm đến toạ độ z. Tâm phụ tải là vị trí tốt nhất để đặt các trạm biến áp, trạm phân phối, tủ động lực nhằm mục đích tiết kiệm chi phí cho dây dẫn và giảm tổn thất trên lưới điện. Căn cứ vào bản vẽ mặt bằng nhà máy ta có thể đo ra các toạ độ của các phân xưởng để từ đó tính được các trung tâm phụ tải. Ta tính cho trạm phân phối trung gian (Trung tâm phụ tải của nhà máy). Xác định toạ độ của các trạm biến áp phân xưởng: Căn cứ vào sơ đồ mặt bằng nhà máy ta có thể đo được các toạ độ X = 72,7 ; Y=50 là toạ độ trung tâm phụ tải ở đây ta đặt trạm phân phối trung gian nhưng do toạ độ này nằm giữa trung tâm nhà máy. Để đảm bảo mỹ quan và tránh ảnh hưởng đến quá trình sản xuất của nhà máy nên ta đặt trạm phân phối trung gian ở vị trí mới như hình vẽ. Để thuận tiện trong việc thi công trạm biến áp cũng như trong quá trình vận hành, bảo dưỡng TBA của nhà máy ta có thể xây dựng hai trạm biến áp cạnh nhau ở tâm của phụ tải vừa xác định. 3.3.3 - Chọn các thiết bị trong mạng điện nhà máy. Việc tính chọn các thiết bị điện nhằm đảm bảo các thiết bị làm việc tin cậy, lâu dài, vận hành an toàn, sửa chữa thuận lợi. Các điều kiện chọn gần giống các điều kiện làm việc ở trong chế độ làm việc dài hạn như Iđm , Uđm .Các điều kiện kiểm tra bao gồm các chế độ làm việc không bình thường như quá tải, ngắn mạch,các điều kiện về ổn định nhiệt, ổn định lực điện động v.v... Dựa vào sơ đồ mạng điện đã được chọn sơ bộ ta chọn các thiết bị trong mạng điện cao áp và hạ áp. A - CHỌN THIẾT BỊ HẠ ÁP: Trong mạng điện hạ của nhà máy, do khoảng cách từ trạm biến áp nhà máy tới các tủ phân phối của phân xưởng là ngắn nên ta chọn tiết diện dây dẫn theo Jkt.  - Chọn cáp từ trạm biến áp trung gian tới tủ phân phối phân xưởng. Đối với nhà máy cơ khí do làm việc 3 ca, thời gian sử dung công suất lớn nhất là 4500h ,cáp chọn là cáp lõi đồng. Tra bảng ta được Jkt = 2,7 A/mm2. Tiết diện kinh tế của cáp . Cáp từ TBA tới các TPPPX là cáp lộ kép (n =2) nên : . . Căn cứ vào trị số của Fkt tính được ,tra bảng lựa chọn tiết diện dây dẫn chuẩn gần nhất. Kiểm tra tiết diện dây cáp đã chọn theo điều kiện phát nóng. Khc . Icp ≥ ILV max Trong đó : Khc = K1.K2 hệ số hiệu chỉnh. K1 hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ lấy K1=1. K2 Hệ số hiệu chỉnh khi tính tới số đường dây cùng đặt chung trong cung một rãnh, các rãnh đều đặt 2 cáp, khoảng cách giữa các sợi cáp là 100 mm . Tra bảng phụ lục ta có K2 = 0.9. Do khoảng cách từ TBA tới các TPP là ngắn nên ta không kiểm tra theo tổn thất điện áp. Chọn cáp từ TBA tới TPP phân xưởng cơ điện : Dòng điện cực đại qua cáp : Tiết diện kinh tế của cáp : . . Tra bảng phụ lục chọn cáp tiêu chuẩn gần nhất là 70 mm2 , cáp đồng 3 lõi, cách điện PVC do LENS sản suất với Icp = 246 A. Kiểm tra theo điều kiện phát nóng : 0,9.Icp = 0.9.246 = 221,4 £ ILV max Do cáp đã chọn không thỏa mãn điều kiện phát nóng nên ta tăng kích thước của cáp lên 120 mm2 có Icp= 346 A.. Kiểm tra theo điều kiện phát nóng : 0,9.Icp = 0.9.346 = 311,4 ³ ILV max Tính toán tương tự với các phân xưởng khác ta có bẳng chọn cáp cho các phân xưởng của nhà máy như sau : Bảng 3 – 12 : Thông số kỹ thuật của cáp từ TBA tới các phân xưởng Nhóm IttPX Loại cáp Tham số kỹ thuật của cáp S d(mm) Võ R0 W/km ICP A mm2 Lõi min max Cơ điện 247,3 3 G 120 120 12,6 36 42,5 0,153 346 Cơ khí số 1 241 3 G 70 70 10 28,5 34 0,268 246 Cơ khí số 2 337,3 3 G 70 70 10 28,5 34 0,268 246 Rèn, dập 314,5 3 G 120 120 12,6 36 42,5 0,153 346 Đúc thép 408,7 3 G 120 120 12,6 36 42,5 0,153 346 Đúc gang 355,5 3 G 120 120 12,6 36 42,5 0,153 346 Dụng cụ 303 3 G 120 120 12,6 36 42,5 0,153 346 Mộc mẫu 173,2 3 G 50 50 8,4 24,5 29 0,387 192 Lắp ráp 215,7 3 G 50 50 8,4 24,5 29 0,387 192 Nhiệt luyện 354 3 G 120 120 12,6 36 42,5 0,153 346 Kiểm nghiệm 130 3 G 50 50 8,4 24,5 29 0,387 192 Kho 1 (Sản phẩm) 92,6 3 G 50 50 8,4 24,5 29 0,387 192 Kho 2( Vật tư) 85 3 G 50 50 8,4 24,5 29 0,387 192 Nhà hành chính 156,5 3 G 50 50 8,4 24,5 29 0,387 192 ‚ - Chọn thanh cái hạ áp cho MBA: Điều kiện chọn: UđmTC ³ Uđm mạng ; [ I ] ³ K1: Hệ số kể đến môi trường nơi đặt thanh cái, với nhiệt độ môi trường là 30C tra bảng ta có K1 = 0,91. K2: Hệ số điều chỉnh thanh cái ta dùng 1 thanh cái nên K2 = 1. K3: Hệ số kể đến vị trí đặt thanh cái,vì đặt nằm ngang nên K3 = 0,95. ® [ I ] ³ (A). Tra bảng 2-56 CCĐ ta chọn thanh cái bằng đồng có các thông số bảng 2-9: Bảng 2- 13: Thông số kỹ thuật thanh cái hạ áp Kích thước(mm) Tiết diện 1 TC (mm) Khối lượng (kg/km) Dòng cho phép mỗi pha 1 thanh (A) Vật liệu Dài (m) 80x8 640 7120 1900 Đồng 5 ƒ - Chọn sứ đỡ thanh cái hạ áp Điều kiện chọn: Uđm sứ ³ Uđm mạng = 380 V. Tra bảng 5-27 TKCCĐ trang 227 ta chọn sứ có số liệu kỹ thuật như bảng 3-1: Bảng 3-14: Thông số kỹ thuật sứ đỡ thanh cái hạ áp Kiểu Kích thước Uđm (kV) Uph.đ khô Phụ tải phá hoại (kg) Khối lượng (kg) 0F-1-750-OB 00-1-750-08 1 11 750 2,7 Chú thích: F - là sứ. 0 - đỡ. Chữ số thứ nhất là điện áp định mức. Chữ số thứ 2 là phụ tải phá hoại. OB- Đế hình ô van. „ - Chọn ATM liên lạc : Trong 1 trạm nào đó khi bị sự cố 1 MBA thì phụ tải quan trọng của nhà máy được cung cấp điện thông qua ATM liên lạc. Điều kiện chọn: UđmATM ³ Uđm.mạng = 400 V. IđmATM ³ ILV max ILVmax : Dòng làm việc lớn nhất chạy qua ATM liên lạc. Phụ tải quan trọng của trạm I bao gồm phân xưởng đúc gang, đúc thép và phân xưởng kiểm nghiệm. SqtTrI = SPX đúc gang + SPX nhiệt luyện + SNhà hành chính + SPX cơ khí 1 = 728,6 (KVA). Gỉả sử khi 1 MBA bị hỏng thì máy còn lại sẽ mang tải của các phụ tải quan trọng như vậy: (A) Phụ tải quan trọng của trạm II gồm phân xưởng đúc gang và phân xưởng đúc thép. SL1= SPX rèn dập + SPX đúc thép +SPX cơ khí 1 = 634,6 (KVA). Như vậy khi 1 máy bị hỏng thì máy còn lại sẽ CCĐ cho các hộ phụ tải loại 1 thông qua ATM liên lạc. Do 2 phụ tải này lại nằm ở 2 MBA khác nhau nên khi mất 1 MBA thì máy còn lại thông qua ATM liên lạc sẽ CCĐ cho 1 hộ phụ tải quan trọng còn 1 phụ tải sẽ không phải thông qua ATM liên lạc như vậy ta tính cho trường hợp có dòng ILV max lớn hơn. (A). Tra bảng ta chọn được ATM do hãng MERLINGERLIN chế tạo có các thông số sau: Bảng 3- 15: Thông số kỹ thuật của Aptomat liên lạc Loại ATM Số cực Iđm (A) Uđm (V) IN (KA) CM-1600N 3 - 4 1600 690 50 M08 3 - 4 800 690 40 … - Chọn ATM đầu ra của MBA : Điều kiện chọn: UđmATM ³ Uđm.mạng = 400 V. IđmATM ³ ILV max ILVmax : Dòng làm việc lớn nhất chạy qua ATM . Tra bảng ta chọn được áptomat do hãng MERLINGERLIN chế tạo có các thông số sau: Loại ATM Số cực Iđm (A) Uđm (V) IN (KA) CM-1600N 3 - 4 1600 690 50 o- Chọn ATM cho các phân xưởng của nhà máy Điều kiện chọn : UđmATM ³ Uđmmạng ; IđmATM ³ IđmBA ³ IttPX (A). Bảng 3 – 9 : Bảng thông số kỹ thuật của Áp tô mát bảo vệ cho các Phân xưởng của nhà máy cơ khí Tên phân xưởng IttPX (A) Tham số kỹ thuật của Aptomat Loại ATM Iđm (A) Uđm(V) IN(KV) Số cực Số lượng Cơ điện 247,3 NS400N 400 690 10 3-4 01 Cơ khí số 1 241 NS250N 250 690 8 2-3- 4 01 Cơ khí số 2 337,3 NS250N 250 690 8 2-3- 4 01 Rèn, dập 314,5 NS400N 400 690 10 3 - 4 01 Đúc thép 408,7 NS600E 600 500 10 3 – 4 01 Đúc gang 355,5 NS400N 400 690 10 3 – 4 01 Dụng cụ 303 NS400N 400 690 10 3 – 4 01 Mộc mẫu 173,2 NS250N 250 690 8 2-3-4 01 Lắp ráp 218,7 NS250N 250 690 8 2-3-4 01 Nhiệt luyện 354 NS400N 400 690 10 3 – 4 01 Kiểm nghiệm 130 NS250N 250 690 8 2-3-4 01 Kho 1 (Sản phẩm) 92,6 C100E 100 500 7,5 3 01 Kho 2( Vật tư) 85 C100E 100 500 7,5 3 01 Nhà hành chính 156,5 NS250N 250 690 8 2-3-4 01 B - CHỌN THIẾT BỊ CAO ÁP:  - Chọn dây dẫn trên không đưa vào trạm TBA NM: Để nâng cao độ tin cậy CCĐ cho nhà máy thì trạm phân phối trung gian được nhận điện từ 2 nguồn bằng đường dây trên không. Vì dây dẫn cáp đều là những bộ phận truyền tải điện năng vì vậy chúng đều được chọn và kiểm tra giống nhau. Thông thường người ta chọn theo các điều kiện sau: -Độ bền cơ học. -Mật độ dòng kinh tế. -Điều kiện phát nóng. -Điều kiện tổn thất điện áp. Ở đây ta chọn theo điều kiện phát nóng [ I ] ³ ILV max. Khi nhiệt độ khác với môi trường tiêu chuẩn thì dòng điện cho phép được hiệu chỉnh lại. [ I ] ³ K1: Hệ số khác với môi trường tiêu chuẩn K1 = 0,99 ở 30C. K2: Với đường dây trên không K2 = 1. [ I ]: Dòng điện cho phép của dây ở điều kiện tiêu chuẩn. [ I ] ³ (A) ; ILV max = (A). Tra bảng phụ lục 4.34 HTCCĐ ta chọn cáp đồng 3 lõi cách điện XLPE, võ PVC do hãng FURUKAWA chế tạo có các thông số sau: Fđm 1 lõi Hình dạng d 1 lõi ICP .r0 IN 1s mm2 Mm A W/km kA 50 Vặn xoắn 8,1 205 0,494 7,15 ‚ - Chọn dao cách ly cho đầu vào thanh cái 35 kV : Điều kiện chọn: UđmCD ³ Uđm mạng = 35 KV. IđmCD ³ ILV max = (A). Tra bảng 2-24 trang 640 CCĐ ta chọn dao cách ly điện áp cao đặt ngoài trời do Liên Xô chế tạo có số liệu kỹ thuật như trong bảng (3-18): Bảng 3- 18: Thông số kỹ thuật dao cách ly Kiểu Iôđ.đ ( KA ) Iô.đn 10 s ( KA ) Số lượng Khối lượng (kg) IXK IXK PLH-3-1/35/600 80 31 12 2 66 ƒ - . Lựa chọn chống sét : Các hệ thống CCĐ khi bị sét đánh sẽ gây ra hiện tượng trong đó nguy hiểm là hiện tượng quá điện áp , khi đó cách điện bị chọc thủng vì vậy cần có các biện pháp để bảo vệ các thiết bị điện các nhà cao tầng... không bị sét đánh trực tiếp. Có 3 kiểu chống sét cơ bản: Chống sét kiểu khe hở. Khi có sét sóng truyền qua đường dây, nó sẽ phóng điện qua khe hở truyền xuống đất. - Ưu điểm: Đơn giản, rẻ tiền. - Nhược điểm: Vì không có bộ phận dập hồ quang nên khi phóng điện dòn điện đi xuống đất, có giá trị lớn làm cho thiết bị rơ le bảo vệ tác động cắt mạch nên chỉ dùng bảo vệ phụ. Chống sét kiểu ống: Gồm 2 khe hở S1 và S2. Khi có sóng sét qua 2 khe hở đều phóng điện dưới tác dụng của hồ quang trong ống sẽ sinh ra khí làm áp suất trong ống có tác dụng dập hồ quang. - Ưu điểm: Giá thành rẻ, làm việc tin cậy khi có dòng sét nhỏ. - Nhược điểm: Khi dòng sét lớn quá thì hồ quang không được dập tắt nhanh chóng vì vậy ảnh hưởng đến thiết bị lân cận. Chống sét van. Kiểu chống sét này khắc phục được nhược điểm của 2 chống sét trên. Nếu chống sét van được dùng để bảo vệ các trạm biến áp chống sét đánh vào trạm. Vì vậy chống van được dùng rộng rãi để bảo vệ các thiết bị điện. Cấu tạo và hoạt động của chống sét van. Cấu tạo: Gồm 2 phần chính. Khe hở phóng điện và điện trở phóng điện. Khe hở phóng điện: được cấo tạo là một chuỗi các loại khe hở để dập hồ quang và giảm nhanh dòng khi đã phóng điện. Điện trở phóng điện được chế tạo bằng vật liệu Vilít, mục đích của điện trở là làm hạn chế dòng kế tục (dòng ngắn mạch trạm đất qua chống sét van) khi có điện áp đặt lên cao thì điện trở giảm rất nhanh. Điều kiện chọn chống sét van. Chống sét van là thiết bị điện trở phi tuyến có nhiệm vụ chống sét truyền từ đường dây không cho truyền vào trạm phân phối và trạm biến áp. Với điện áp định mức của lưới điện, điện trở chống sét có trị rất lớn không cho dòng điện đi qua, khi có quá điện áp khí quyển, điện trở của chống sét van giảm xuống rất bé tháo dòng điện sét xuống đất. Chống sét van được chọn theo cấp điện áp Udmm = 35 kV. Chọn loại chống sét van PBC-35 do Liên Xô chế tạo có Udm = 35 kV. „ - Chọn thanh cái 35 kV: Chọn thanh cái theo mật độ dòng kinh tế. Sử dụng thanh cái bằng đồng theo tài liệu CCĐ với thanh cái bằng đồng thì JKT = 2,25 ; SKT = ILVmax là dòng điện làm việc lớn nhất đó là trường hợp mất điện 1 nguồn và 1 MBA của thanh cái bên kia bị hỏng lúc đó thanh cái phải mang tải là 2 MBA đều làm việc ở chế độ quá tải 40%. Ilvmax = (A) ; SKT = Tra bảng 6-30 CCĐ T2 ta chọn thanh cái có tiết diện tiêu chuẩn là 25 mmcó các số liệu kỹ thuật như ở bảng sau: Mã hiệu S(mm) Icp (A) Số thanh ở 1 pha Chiều dài (m) AC-25 25 170 1 10 … - Chọn sứ đỡ cho thanh cái 35 kV: Sứ có tác dụng vừa làm giá đỡ các bộ phận mang điện vừa làm vật liệu cách điện giữa các bộ phận đó với đất vì vậy sứ phải có đủ độ bền, chịu được lực điện động do dòng ngắn mạch gây ra đồng thời phải chịu được điện áp của mạng kể cả lúc quá tải. Điều kiện chọn: Uđm sứ ³ Uđm mạng = 35 KV ; Iđm sứ ³ ILV max Ở đây là sứ đỡ thanh cái nên ta không quan tâm đến Iđm mà chỉ quan tâm đến điện áp của chúng. Tra bảng PL 2.27 ta chọn sứ đỡ đặt trong nhà do Liên Xô chế tạo có các thông số kỹ thuật như sau: Kiểu U, kV Phụ tải phá hoại (kG) Khối lượng ( kg) Uđm Uph.đ.khô OF-35-1250 35 110 1250 13,5 † - Chọn máy cắt : Máy cắt là thiết bị dùng trong mạng điện cao áp, nó có nhiệm vụ là đóng cắt phụ tải lúc làm việc bình thường và tự động cắt phụ tải khi xảy ra sự cố. Máy cắt là thiết bị làm việc tin cậy nhưng giá thành cao nên người ta chỉ sử dụng nó ở những nơi quan trọng. Điều kiện chọn: UđmMC ³ Uđm mạng = 35 KV ; IđmMC ³ ILVmax - Chọn máy cắt liên lạc trên thanh cái 35 KV (MCLL): Dòng qua MCLL là dòng cung cấp cho phụ tải phân đoạn của thanh cái bị mất điện. Dòng qua máy cắt liên lạc trong điều kiện nặng nề nhất là trường hợp mất điện 1 nguồn, đường dây còn lại sẽ CCĐ cho thanh cái đó đồng thời các MBA và thiết bị cao áp nối vào thanh cái đó phải làm việc trong điều kiện quá tải. Trong trường hợp cụ thể: giả sử khi 1 nguồn bị mất và 1 MBA bị hỏng (giả sử MBA2) khi đó nguồn cung cấp cho MBA3 là nguồn 2 thông qua MCLL lúc đó do BA2,BA4 mất điện nên BA1,BA3 phải làm việc trong tình trạng quá tải 40% khi đó dòng qua MCLL là dòng lớn nhất. (A) Tra bảng ta chọn loại máy cắt do Liên Xô chế tạo GOCT- 687- 41 số lượng 1 cái. Bảng 3 – 16: Thông số kỹ thuật máy cắt cao áp Loại Uđm (kV) Iđm(kA) ixk(kA) Ihd (kA) Iôđ (10s) kA I và cs cắt BM-35 35 600 17,3 10 7,1 400 - Chọn dao cách ly cho máy cắt liên lạc (CD3): Dao cách ly là thiết bị được dùng phổ biến trong mạng điện cao áp và hạ áp. Dao cách ly có nhiệm vụ cách ly giữa phần mang điện và phần không mang điện đồng thời tạo ra khe hở nhìn thấy được để cho người thợ yên tâm sửa chữa. Dao cách ly không có bộ phận dập hồ quang nên tuyệt đối không được dùng để đóng cắt khi có tải. Điều kiện chọn: UđmCD ³ Uđm mạng = 35 KV (A) Tra bảng ta chọn dao cách ly đặt ngoài trời do Liên Xô chế tạo có các thông số sau: Bảng 3- 17: Thông số kỹ thuật dao cách ly Kiểu I ôđđ ( KA ) Iôđn 10 s ( KA ) Số lượng Khối lượng (kg) IXK IXK PLH-3-1/35/600 80 31 12 2 63 ‡ - Chọn dao cách ly cho các đầu vào các MBA: Điều kiện chọn: UđmCD ³ Uđm mạng = 35 KV IđmCD ³ ILV max = (A) Tra bảng 2-24 trang 640 CCĐ ta chọn dao cách ly điện áp cao đặt ngoài trời do Liên Xô chế tạo có số liệu kỹ thuật như trong bảng (3-19): Bảng 3- 18: Thông số kỹ thuật dao cách ly Kiểu I ôđđ ( KA ) Iôđn 10 s ( KA ) Số lượng Khối lượng (kg) IXK IXK PLH-3-1/35/600 80 31 12 4 66 ˆ - Chọn cầu chì cao áp cho đầu vào các MBA: Do máy cắt có giá thành cao do đó nó chỉ sử dụng trong những trường hợp MBA có công suất tương đối lớn. Với đề tài này do công suất MBA nhỏ do đó ta chỉ cần sử dụng cầu chì cao áp để bảo vệ cho các MBA để giảm giá thành phương án CCĐ cho nhà máy: Cầu chì được lựa chọn theo các điều kiện: - Điện áp định mức UđmCC; kV UđmCC ³ Uđm mạng . - Dòng điện định mức IđmCC ; A IđmCC ³ ILVmax . - UđmCC ³ 35 (kV); IđmCC ³ 17,3 (A). Tra bảng PL 2.19 trang 344 HTCCĐ ta chọn cầu chì cao áp loại 3GD1 604 – 5B do hãng SIEMENS chế tạo có các thông số như sau. - Điện áp định mức: UđmCC = 36 (kV). - Dòng điện định mức: IđmCC = 20 (A). - Icắt N = 31,5 (kA) ; Icắt min = 120 (A). - Công suất cắt: Scắt = 300 MVA. CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH VÀ KIỂM TRA CÁC THIẾT BỊ TRONG MẠNG ĐIỆN 4.1 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH. 4.1.1 - Đặt vấn đề. Ngắn mạch là sự cố gây nguy hiểm nhất trong hệ thống điện. Khi sảy ra ngắn mạch thì điện áp của hệ thống giảm xuống làm cho dòng điện tăng cao có thể gấp vài chục lần bình thường, dòng ngắn nmạch này gây nên hiệu ứng nhiệt và hiệu ứng lực điện động rất lớn có thể gây nguy hiểm cho con người và thiết bị. Thời gian ngắn mạch càng lớn, điểm ngắn mạch càng gần nguồn cung cấp thì tác hại do dòng ngắn mạch gây ra càng lớn làm cháy nổ các thiết bị gây nguy hiểm cho người vận hành, ngắn mạch làm cho điện áp giảm thấp ảnh hưởng đến quá trình làm việc của các máy móc đòi hỏi độ chính xác cao, nếu ngắn mạch ở gần nguồn điện áp hệ thồng giảm xuống nghiêm trọng có thể gây rối loạn hệ thống điện. 4.1.2 – Mục đích của việc tính toán ngắn mạch: Tính toán ngắn mạch nhằm tạo cơ sở cho so sánh, lựa chọn những phương án cung cấp điện hợp lý nhất. Xác định chế độ làm việc của các hộ tiêu thụ khi xảy ra sự cố, đưa ra biện pháp hạn chế dòng ngắn mạch, kết quả tính ngắn mạch còn dùng để kiểm tra các thiết bị đã chọn trong hệ thống. Từ các số liệu tính toán ngắn mạch ta thiết kế và hiệu chỉnh hệ thống bảo vệ rơle. 4.1.3 – Chọn điểm tính ngắn mạch: Điểm được chọn để tính ngắn mạch là những điểm mà tại đó khi xảy ra ngắn mạch thiết bị phải làm việc trong điều kiện nặng nề nhất. Căn cứ vào sơ đồ nguyên lý và cách bố trí các thiết bị trên sơ đồ ta chọn một số điểm ngắn mạch như sau: -Ngắn mạch trên thanh cái cao áp 35 KV N. -Ngắn mạch trên thanh cái hạ áp 0,4 KV N. -Ngắn mạch trên tủ phân phối N. -Ngắn mạch trên tủ động lực N. -Ngắn mạch trên động cơ N. Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế khi tính toán ngắn mạch. A – Tính ngắn mạch 3 pha ở mạng điện áp cao ( 35 kV). Khi tính ngắn mạch 3 pha ở mạng điện áp cao do điện trở, điện kháng của cầu dao, thanh cái, máy cắt có giá trị nhỏ cỡ mW nên ta có thể bỏ qua mà chỉ kể đến điện trở, điện kháng của hệ thống cáp, máy biến áp. - Tính ngắn mạch tại N: Do đề tài không cho khoảng cách giữa hệ thống và nhà máy là bao nhiêu nên ta có thể coi nhà máy cạnh hệ thống, khi đó ta có: SHT = ¥ ; XHT = 0. Số liệu nguồn: Uđm = 35 KV ; SN = 300 MVA. Chọn các đại lượng cơ bản: Scb = 300 MVA ; Ucb = 37 KV. ® I. Nguồn có công suất vô cùng lớn nên ta áp dụng công thức: ® . ixk = . Trong đó: Kxk là hệ số xung kích vì ngắn mạch trên thanh cái nên lấy Kxk = 1,8. IxkN1 = 1,8..4,95 = 12,6 ( KA ). ®Ixk = . . B– Tính ngắn mạch 3 pha ở mạng điện áp thấp (0,4 kV). Trong toàn bộ hệ thống cấp điện ở nhà máy thì mạng hạ áp có chiều dài lớn nhất . Trong mạng hạ áp có nhiều thiết bị như thanh cái hạ áp, cầu dao, áp tô mát ... các khí cụ điện này có ảnh hưởng rất lớn đến giá trị của dòng ngắn mạch nên không thể bỏ qua được, nếu bỏ qua thì dẫn tới sai số quá lớn ảnh hưởng tới quá trình chọn và kiểm tra thiết bị. 1. Xác định thông số của các phần tử . a. Điện trở điện kháng của thanh cái 1. Thanh cái bằng đồng có kích thước 25´3 chiều dài : l = 10 (m). Tra bảng ta có : r0 = 0,268 (mW/m) ; x0 = 0,20 (mW/m). Với khoảng cách trung bình hình học là 150 (mm). Rtc1 = r0 . l = 0,268 . 10 = 2,7 (mW). Xtc1 = xo . l = 0,20 .10 = 2,0 (m). b. Điện trở điện kháng của CD1,CD2,CD3,CD4. Các cầu dao được tra trong bảng 2 - 43 CCĐ trang 640. r0 = 0,15 (mW) ; x0 = 0 (mW). c. Điện trở điện kháng của Máy biến áp có Sđm = 750 ( KVA). Ở đây ta qui đổi luôn điện trở điện kháng của máy biến áp về cấp điện áp tính toán áp dụng công thức : d. Điện trở điện kháng của áp tô mát 1 (ATM1). ATM1 có Iđm = 850,8 (A) tra tài liệu ta có rTXATM1 = 0,25 (W), rCDATM1 = 0,12 (mW), rATM1 = 0,37(mW), xATM1 = 0,094 (mW), e. Điện trở điện kháng của thanh cái 2. Thanh cái bằng đồng có kích thước 80´8 , chiều dài 5 (m) với số lượng 4 thanh , tra bảng 2 - 40 CCĐ Trang 647 ta có: r0= 0,031 (mW/m). x0 = 0,126 (mW/m) ứng với atbhh = 150 (mm). Vậy Rtc2 = r0 . l = 0,031.5 = 0,135 (mW). Xtc2 = x0. l = 0,126.5 = 0,63 (mW). f. Điện trở điện kháng của ATM2. RATM2 = rcd+ rtx = 0,15 + 0,4 = 0,55 (mW). XATM2= 0,1(mW). g . Điện trở điện kháng của Cáp1 ( từ TBAPX về PX cơ khí 1). Cáp có tiết diện S = 70 (mm2) chiều dài l = 150 (m) tra bảng PL 4.7 HT CCĐ Trang 363 ta có: r0 = 0,29 (W/km) = 0,29.10-3 (W/m). x0= 0,06 (W/km) = 0,06.10-3 (W/m). Rcáp1 = r0 . l = 0,29.10-3.150 = 43,5 (mW). XCáp1 = xo . l = 0,06.10-3.150 = 9 (mW). h. Điện trở điện kháng của cáp từ tủ phân phối tới tủ động lực (Cáp2). Cáp có tiết diện S = 6 (mm2) ; chiều dài l = 90 (m) làm bằng đồng Tra bảng PL 4.7 HT CCĐ Trang 363 ta có: r0 = 3,33 (W/km) = 3,33 .10-3 (W/m). x0= 0,09 (W/km) = 0,09.10-3(W/m). Rcáp2 = r0 . l = 3,33 .10-3 . 90 = 299,7 (mW). XCáp2 = xo . l = 0,09. 10-3. 90 = 8,1 (mW). i. Điện trở điện kháng của dây dẫn dẫn đến động cơ. Chọn thiết bị tính ngắn mạch thuộc nhóm 2 có công suất lớn nhất đó là máy tiện P = 12 kW. Dây dẫn có tiết diện S = 2,5 (mm2) ; chiều dài l = 9 (m) làm bằng đồng . tra bảng PL 4.7 HT CCĐ Trang 363 ta có: r0 = 8,0 (W/km) = 8,0 .10-3 (W/m). x0= 0,09 (W/km) = 0,09.10-3(W/m). Vậy: Rdâydẫn = r0 . l = 8,0.10-3 . 9 = 72 (mW). Xdâydẫn = xo . l = 0,09. 10-3. 9 = 0,81 (mW). 2.Tính ngắn mạch ba pha tại N2 (3). Tổng trở ngắn mạch tại điểm N2: . Với RåN1 = RCD1 + RTC1 + RCD2 ; . . RåN2 = 4.10-4 + 4,8 + 0,37 + 0,125 = 5,2954 mW. . Với XåN1 = XCD1 + XTC1 + XCD2 ; . XåN2 = 2,6.10-4 + 9,57 + 0,094 + 0,63 = 10,3 mW . . Ta có: . Lấy kxk = 1,3. Ta có ixkN2 = .kxk.I’’N2 = .1,3.19,4 = 35,7 ( kA). IxkN2 = . 3. Tính ngắn mạch 3 pha tại N3 (3). Ta có: RåN3 = RåN2 + RATM2 + Rcáp1 + RCD3 . = 5,2954 + 0,55 + 31,5 + 0,15 = 37,4954 » 37,5 (mW). XåN3 = XåN2 + XATM2 + Xcáp1 + XCD3 = = 10,3 + 0,1 + 9 = 19,4 (mW). Ngắn mạch xa nguồn lấy Kxk =1,0. . . 4.Tính ngắn mạch ba pha tại N4 (3). Ta có: RåN4 = RåN3 + Rcáp2 + RCD4 = = 37,5 + 299,7 + 0,15 = 337,35 (mW). XåN4 = XåN3 + Xcáp2 + XCD4 = = 19,4 + 8,1 = 27,5 (mW). . . Ngắn mạch xa nguồn lấy kxk =1,0. . . 5.Tính ngắn mạch ba pha tại N5 (3) Ta có: RåN5 = RåN4+ Rdâydẫn = = 337,35 + 72 = 409,35 (mW). XåN5 = XåN5 + Xdâydẫn = = 27,5 + 0,81 = 28,31 (mW). Khi ngắn mạch ở đầu cực của động cơ, động cơ xem như máy phát cung cấp điện cho điểm ngắn mạch, dòng điện này tắt rất nhanh. Cho nên trong tính toán người ta thường quan tâm đến giá trị của dòng điện siêu quá độ (I” đ/cơ). . Trong đó : E”đ/c : Sức điện động tương đối của động cơ lấy bằng 0,9. X”đ/c : Điện kháng siêu quá độ dọc trục động cơ lấy bằng 0,2. Iđmđ/c : Tổng dòng định mức của các động cơ cung cấp điện cho điểm ngắn mạch . Ở đây ta xét cho động cơ của máy tiện (Nhóm II) có công suất lớn nhất. Pđm = 12(KW). Iđm = 28 (A) = 0,028(KA). I”đ/c = 4,5.Iđmđ/c = 4,5.0,028 = 0,126 (KA). . Lấy Kxk = 1 . . C – Tính ngắn mạch 2 pha. Dòng ngắn mạch 2 pha tính như sau: . . . . D – Tính ngắn mạch 1 pha. Khi xảy ra ngắn mạch một pha, hai pha, hai pha chạm đất thì dòng điện trong các pha sẽ mất đối xứng. Quá trình quá độ trong mạch không đối xứng rất phức tạp bởi các máy điện quay ngoài thành phần đối xứng thứ tự thuận còn có các thành phần thứ tự ngược và thứ tự không. Các thành phần này ngoài sóng cơ bản còn có các thành phần sóng bậc cao. Trong thực tế khi tính toán ta chỉ quan tâm đến thành phần sóng cơ bản, vì vậy có thể dùng phương pháp các thành phần đối xứng để tính ngắn mạch không đối xứng. 1 . Tính điện trở phản kháng thứ tự không của các phần tử . Trong tính toán ta có thể coi điện trở điện kháng của thành phần thứ tự ngược gần bằng điện trở điện kháng của thành phần thứ tự thuận nên ở đây ta chỉ tính toán điện trở điện kháng của thành phần thứ tự không. a - Điện trở điện kháng thứ tự không của máy biến áp. Máy biến áp có : Sđm = 750 KVA; Cấp điện áp: U1/U2 = 35/0.4. Ở trên ta xác định được: R1BA = 4,8 (mW) ; X1BA = 9,57 (mW). - Thành phần thứ tự không: R0BA = 4,8 (mW) ; X0BA = 19,14 (mW). b - Điện trở điện kháng thứ tự không của áptômát (ATM1). r0ATM1 = 0,37 (mW); x0ATM1 = 0,094 (mW). c - Điện trở điện kháng thứ tự không của thanh cái 2: R0TC2 = 10.R1TC2 = 10.0,55 = 5,5 (mW). X0TC2 = 8.X1TC2 = 8.0,63 = 5,04 (mW). d - Điện trở điện kháng thứ tự không của của áptômát 2 (ATM2): r0ATM2 = 0,55 (mW); x0ATM2 = 0,1 (mW). e - Điện trở điện kháng thứ tự không của cáp 1: R0Cáp1 = R1cáp1 = 43,5 = 43,5 (mW). X0cáp1 = 2.X1cáp1 = 2.9 = 18 (mW). f - Điện trở điện kháng thứ tự không của của cầu dao (CD3, CD4): R0CD3,4 = 0,15 (mW) ; X0CD 3,4 = 0 (mW). h - Điện trở điện kháng thứ tự không của cáp 2 (Cáp2). R0Cáp2 = R1cáp2 = 299,7 (mW). X0cáp2 = 2.X1cáp2 = 2.8,1 = 16,2 (mW). i - Điện trở điện kháng thứ tự không của dây dẫn . R0dây dẫn = R1dây dẫn = 72 (mW). X0dây dẫn = 2.X1dây dẫn = 2.0,81 = 1,62 (mW). k - Điện trở điện kháng thứ tự không của động cơ 3 pha . X0đ/c 3pha = 0,16.X”đ =0,16.0,2 = 0,032 (mW). 2. Tính toán ngắn mạch 1 pha. Tính ngắn mạch 1 pha hạ áp là để kiểm tra độ nhậy của các áp tô mát và bảo vệ rơle .  - Ngắn mạch 1 pha tại N2 (1): Trong đó : R1SN2 = RSN2 = 5,3 (mW). X1SN2 = XSN2 = 10,3 (mW). K = (0,9 ¸0,95) hệ số kể đến sự giảm điện áp bên sơ cấp của máy biến áp lúc xảy ra ngắn mạch. R0SN2 = R0BA + R0ATM1 + R0TC2 = 4,8 + 0,55 + 5,5 = 10,85 (mW). X0SN2 = X0BA + X0ATM1 + X0TC2 = 19,14 + 0,094 + 5,04 = 24,27 (mW). . ‚ - Tính ngắn mạch 1 pha tại N3(1): R1SN3 = RSN3 = 37,5 (mW). X1SN3 = XSN3 = 19,4 (mW). R0SN3 = R0SN2 + R0ATM2 + R0cáp1 + R0CD4 = 10,85 + 0,55 + 43,5 + 0,15 = 55,05 (mW). X0SN3 = X0SN2 + X0ATM2 + X0cáp1 + X0CD4 = 24,27 + 0,1 + 18 = 42,37 (mW). . ƒ - Tính ngắn mạch 1 pha tại N4(1): R1SN4 = RSN4 = 337,35 (mW). X1SN4 = XSN4 = 27,5 (mW). R0SN4 = R0SN3 + R0cáp2 + R0CD5 = 55,05 + 299,7 + 0,15 = 354,9 (mW). X0SN4 = X0SN3 + X0cáp2 + X0CD4 = 42,37 + 16,2 + 0,15 = 58,72 (mW). . „ - Tính ngắn mạch 1 pha tại N5(1): R1SN5 = RSN5 = 409,35 (mW). X1SN5 = XSN5 = 28,31 (mW). R0SN5 = R0SN4 + R0dd = 354,9 + 72 = 426,9 (mW). X0SN5 = X0SN4 + X0dd + X0ĐC3pha = 58,72 + 1,62 + 0,032 = 60,372 (mW). . 4.2 : KIỂM TRA THIẾT BỊ : 4.2.1 - Kiểm tra thiết bị điện cao áp: a -. Xác định thời gian giả thiết đối với điểm ngắn mạch N1: Thời gian giả thiết đối với điểm ngắn mạch N1 theo công thức : tgtN1 = tgtCKN1 + tgttdN1. Trong đó : tgtCKN1 : Là thời gian giả thiết đối với các thành phần chu kỳ. tgttdN1 : Là thời gian giả thiết đối với thành phần tắt dần. Cả hai thành phần này xác định dựa vào hệ số xung nhiệt. Với nguồn có công suất vô cùng lớn I” = I¥. ® b” = 1. Lấy tgtCKN1 = tN1. - Nếu tN1 < 1 (s) thì tgttd = 0,05.b” = 0,05 (s). - Nếu tN1 > 1(s) thì tgttd bỏ qua. Với nguồn có công suất nhỏ lúc đó ta phải tra đường cong. tgtCk = f(tN,b”). Trong đó : I” : Dòng điện siêu quá độ. I¥ : Dòng điện ngắn mạch ổn định. Tính tN: ( thời gian tồn tại ngắn mạch ). Đây là khoảng thời gian kể từ khi xảy ra ngắn mạch đến thời điểm dòng ngắn mạch được cắt hoàn toàn. tN = tBV + tMC . Trong đó : tBV : Là thời gian tác động của bảo vệ rơle. tMC : Là thời gian tác động của máy cắt. Khi ngắn mạch tại N1: tN = tBV + tMCđd Với : tBV = tBV2 + Dt. tBV2 = tBV1 + Dt. ® tN1 = tATM1 + 3.Dt + tMCđd tBV1 = tATM1 + Dt. Trong đó : tBV1 : Là thời gian tác động của bảo vệ dòng cực đại cho MBA. tBV2 : Là thời gian tác động của bảo vệ dòng cực đại cho máy cắt liên lạc (thanh cái 35 KV). tATM1 : Là thời gian cắt tức thời của áptômát 1lấy bằng 0,63(s). tMCđd : Với máy cắt tác động nhanh tMCđd = 0,1 (s). Dt : cấp thời gian chọn lọc của bảo vệ dòng cực đại Dt = 0,4 (s). Đề tài có công suất vô cùng lớn ® b = 1. Vậy tgtN1 = tN1 = 1,93 (s). b - . Kiểm tra cách ly đầu vào thanh cái 35 KV, dao cách ly của máy cắt liên lạc và dao cách ly đầu vào máy biến áp. Các cầu dao cách ly này chọn cùng một loại nên được kiểm tra như nhau. Kiểm tra theo điều kiện ổn định lực điện động. imax = iXKCD = 80 (KA) > ixkN1 = 12,6 (KA). Imax = IxkCD = 31 (KA) > IxkN1 = 5,14 (KA). a Vậy các cầu dao cách ly đã thoả mãn điều kiện này. Kiểm tra theo điều kiện ổn định nhiệt. . Ta có Iô.đnMC(10s) = 12 (kA) > 2,17 (kA). a Vậy dao cách ly thoả mãn điều kiện chọn và kiểm tra. c - Kiểm tra thanh cái cao áp 35 KV. Theo điều kiện ổn định lực điện động. s £ scp với stt = M/w. Tính stt: Lực tính toán Ftt do tác dụng của dòng ngắn mạch gây ra F(3) = 1,76.i2xkN1.l.10-2/a (kg). Trong đó : l: Là khoảng cách giữa các sứ trong một pha lấy l = 100 (cm). a: Là khoảng cách giữa các pha lấy a = 30 (cm). F(3) = 1,76.12,62.100.10-2/30 = 8,45 (kg). Xác định mô men uốn, mô men chống uốn : M = F(3)tt .l/10 = 8,45.100/10 = 84,5 (kgcm). W = h2.b/6 = 0,3.(2,5)2 /6 = 0,3125 (cm2). stt = 84,5 / 0,3125 = 270 (kg/cm2). stt = 270 (kg/cm2) < sCP = 1400 (kg cm2) ( thanh cái bằng đồng). a Vậy thanh cái thoả mãn điều kiện này. Kiểm tra ổn định nhiệt. STC1 ³ Sô.đn Với Sô.đn = a.I¥ . (mm2) Trong đó: I¥ : là dòng điện ngắn mạch ổn định lấy bằng I(3)N1. a : là hệ số hiệu chỉnh thanh cái bằng đồng a = 6. Tgt = tgtN1 = 1,93 (s). STC1 = 75 mm2 > Sô.đn = 41,26 (mm2). a Vậy thanh cái thoả mãn điều kiện này. Kiểm tra theo điều kiện dao động cộng hưởng: Do tác động của dòng ngắn mạch thanh cái bị rung mạnh khi có dòng ngắn mạch chạy qua tần số dao động riêng tính bằng công thức: fdđrTC1 = 3,62.105.b/l2. (Hz). Trong đó : b: Là bề rộng tiết diện thanh cái theo phương dao động tính bằng cm. l: Khoảng cách giữa hai sứ liên tiếp. l = 100 (cm). ® fdđrTC1 = 3,62.105.0,3/(100)2 = 10,86 (Hz). Để đảm bảo an toàn thì fdđrTC1 ¹ n.(f ± 10%f) = fch. ® fdđrTC1 ¹ n.( 50 ± 0,1.50). Với n là số tự nhiên (n= 1,2...). n =1 ® fdđrTC1 = 10,86 (Hz) ¹ 55 (Hz). n = 2 ® fdđrTC1 = 10,86 (Hz) ¹ 110 (Hz). Tương tự cho các giá trị n khác. a Kết luận: Thanh cái thoả mãn các điều kiện chọn và kiểm tra. d - Kiểm tra máy cắt liên lạc và máy cắt đầu vào các máy biến áp: Các máy cắt được kiểm tra theo các điều kiện : Kiểm tra theo điều kiện ổn định lực điện động: imaxMC ³ i(3)xkN1 ® 25,86 (kA) > 12,6 (kA). ImaxMC ³ I(3)xkN1 ® 13,3 (kA) > 7,1 (kA). a Kết luận: Máy cắt thoả mãn điều kiện chọn. Kiểm tra theo điều kiện ổn định nhiệt: Trong đó : tôđn : là thời gian ứng với dòng điện ổn định nhiệt định mức ứng với 10(s). . Ta có: Iô.đnMC(10s) = 12 (kA) > 2,17 (kA). Iô.đnMCcp = 7,1 (KA) > 2,1 (KA). a Kết luận: Máy cắt thoả mãn điều kiện chọn. Khả năng cắt dòng ngắn mạch : SCMC ³ SN Trong đó : SN: Là công suất cắt ngắn mạch . . ® SCMC(chọn) = 400 (MVA). > 317,23 (MVA). e - Kiểm tra sứ đỡ thanh cái cao áp (TC1): Sứ đỡ được kiểm tra theo lực cho phép tác dụng lên đầu sứ : FCP ³ Ftt.Khc. ( Khc = H’/H) Trong đó : Khc: Là hệ số hiệu chỉnh. Với thanh cái đặt nằm ngang lấy Khc » 1. FCP = 0,6.Fph (Fph : Lực phá hỏng). = 0,6.1250 = 750 (kg). Ftt = 1,76.i2xkN1.10-2/a = 1,76.12,62 . 100 . 10-2/30 = 8,45 (kg). FCP = 750 (kg) > Ftt = 8,45 (kg). a Kết luận sứ đã thoả mãn điều kiện chọn và kiểm tra . 4.2.2 - Kiểm tra thiết bị điện hạ áp: 1/ Xác định thời gian giả thiết đối với điểm ngắn mạch N2. Khi ngắn mạch tại N2 : tgtN2 = tgtCkN2 + tgttdN2 tN2 = tbv + tMC = tATM1 + Dt + tMC = 0,63 + 0,4 + 0,1 = 1,13 (s). tN2 > 1(s) bỏ qua tgttdN2 ® tgtN2 = tN2 = 1,13 (s). 2/ Kiểm tra áptômát bảo vệ đầu ra máy biến áp và áptômát liên lạc: a/ áptômát đầu ra máy biến áp: Có ký hiệu CM - 1600N có : Iđm = 1600 (A) = 1,6 (kA); Icắt = 50 (KA). Kiểm tra theo điều kiện ổn định lực điện động: ixkCP ³ ixktt ( hoặc IxkCP ³ Ixktt). Kiểm tra độ nhạy: Knhạy = I(1)N / IđmATM ³ 1,3. Với ATM1 có: Iđm = 1600 (A) ixktt = ixkN2 = 35,7 (kA). Ixktt = IxkN2 = 20 (KA). IxkCP = 50 (kA) > Ixktt. Knhạy = 13,24 / 1,6 = 8,3 > 1,3. ð Kết luận: áptômát đã chọn thoả mãn điều kiện chọn và kiểm tra . b/ Tương tự cho áptômát bảo vệ cho phân xưởng cơ khí I và áptômát liên lạc : Ta có bảng sau: Loại ATM Iđm (A) IxkCP (KA) IxkttN2 (KA) IxkttN3 (KA) I(1)N2 (KA) I(1)N3 (KA) Knh CM -1600N 1600 50 20 13,24 1,3 M08 800 40 20 13,24 1,3 NS250N 250 8 4,29 1,3 ð Vậy các áptômát đã chọn thoả mãn điều kiện chọn và kiểm tra . 3/ Kiểm tra thanh cái hạ áp máy biến áp : a/ Theo điều kiện ổn định lực điện động. s £ scp với stt = M/w. Tính stt: Lực tính toán Ftt do tác dụng của dòng ngắn mạch gây ra F(3) = 1,76.i2xkN2.l.10-2/a (kg). Trong đó : l: Là khoảng cách giữa các sứ trong một pha (cm) lấy l = 80 (cm). a: Là khoảng cách giữa các pha lấy a = 30 (cm). F(3) = 1,76.35,72.80.10-2/30 = 59,8 (kg). Xác định mô men uốn, mô men chống uốn : M = F(3)tt .l/10 = 59,8.80/10 = 478,4 (kgcm). W = h2.b/6 = 0,8.(8)2 /6 = 8,5 (cm2). stt = 478,4 / 8,5 = 56,28 (kg/cm2). stt = 56,28 (kg/cm2) < sCP = 1400 (kg cm2) ( thanh cái bằng đồng có kích thước 80x8 mm2 ). a Vậy thanh cái thoả mãn điều kiện này. b/ Kiểm tra ổn định nhiệt. STC1 ³ Sôđn Với Sô.đn = a.I¥ . (mm2). Trong đó: I¥ : là dòng điện ngắn mạch ổn định lấy bằng I(3)N2. a : là hệ số hiệu chỉnh thanh cái bằng đồng a = 6. Tgt = tgtN2 = 1,13 (s). . STC2 = 640 mm2 > Sô.đn = 132,73 (mm2). a Vậy thanh cái thoả mãn điều kiện này. c/ Kiểm tra theo điều kiện dao động cộng hưởng: Do tác động của dòng ngắn mạch thanh cái bị rung mạnh khi có dòng ngắn mạch chạy qua tần số dao động riêng tính bằng công thức: fdđrTC1 = 3,62.105.b/l2. (Hz). Trong đó : b: Là bề rộng tiết diện thanh cái theo phương dao động tính bằng cm.lấy bằng 0,8. l: Khoảng cách giữa hai sứ liên tiếp. l = 80 (cm). ® fdđrTC2 = 3,62.105.0,8/(80)2 = 45,25 (Hz). Để đảm bảo an toàn thì fdđrTC1 ¹ n.(f ± 10%f) = fch. ® fdđrTC1 ¹ n.( 50 ± 0,1.50) Với n là số tự nhiên (n= 1,2...). n =1 ® fdđrTC2 = 45,25 (Hz) ¹ 55 (Hz). n = 2 ® fdđrTC2 = 45,25 (Hz) ¹ 110 (Hz). Tương tự cho các giá trị n khác. a Kết luận: Thanh cái thoả mãn các điều kiện chọn và kiểm tra. 4/ Kiểm tra sứ đỡ thanh cái cao áp (TC2): Sứ đỡ được kiểm tra theo lực cho phép tác dụng lên đầu sứ : FCP ³ Ftt.Khc. ( Khc = H’/H) Trong đó : Khc: Là hệ số hiệu chỉnh. Với thanh cái đặt nằm ngang lấy Khc » 1. FCP = 0,6.Fph (Fph : Lực phá hỏng). = 0,6.750 = 450 (kg). Ftt = 1,76.i2xkN1.10-2/a = 1,76.37,52.80.10-2/30 = 66 (kg). FCP = 450 (kg) > Ftt = 66 (kg). a Kết luận: Sứ đã thoả mãn điều kiện chọn và kiểm tra . 5 - . Kiểm tra cầu chì bảo vệ cho tủ động lực T2 Điều kiện kiểm tra : . IdcnhII = 100 (A) = 0,1 (KA). INmin(1) = IN4(1) = 0,64 (KA). Vậy: . Vậy cầu chì 1 thoả mãn điều kiện kiểm tra. 6 - Kiểm tra cáp (hạ áp) từ thanh cái hạ áp đến tủ phân phối của phân xưởng cơ khí I: Do cáp được chế tạo chắc chắn nên không cần kiểm tra theo điều kiện ổn định lực điện động mà chỉ kiểm tra theo điều kiện ổn định nhiệt . Tiết diện ổn định nhiệt : Scp ³ Sôđn ; Sôđn = a.I¥N3. (mm2). Trong đó : a : Là hệ số tính toán với cáp bằng đồng a = 7. tgtN3 = tgtck3 + tgttdN3 tgttdN3 = 0,05.(b’’)2 = 0,05.(I”N3/I¥N3)2 = 0,05.1 = 0,05 (s). tgtckN3 = tATM2 = 0,38(s) ® tgtN3 =0,38 + 0,05 = 0,43 (s). ® Sôđn = 7.5,47. = 25,1 (mm2). ® Sôđncp = 70 (mm2) > 25,1 (mm2). a Vậy cáp1 đã thoả mãn điều kiện chọn và kiểm tra . 7. Kiểm tra cáp từ tủ phân phối của phân xưởng cơ khí I tới tủ động lực của nhóm I. Cáp có kí hiệu (cáp2). Scp ³ Sôđn ; Sôđn = a.I¥N4. (mm2). Lấy tgtN4 = 0,1(s). ® Sôđn = 7.0,68 . = 1,5 (mm2). ® Sôđncp = 6 (mm2) > 1,5 (mm2). a Vậy cáp 2 đã thoả mãn điều kiện chọn và kiểm tra . 8. Kiểm tra tổn thất điện áp . Để biết được việc tính toán, thiết kế có đảm bảo yêu cầu về chất lượng điện năng hay không, ta tiến hành kiểm tra tổn thất điện áp. Điểm tính chọn tổn thất điện áp là đường dây từ nguồn đến phụ tải xa nhất, có công suất lớn nhất. Sơ đồ tính tổn thất như sau: P1 = PttpxckI = 127 (KW) ; Q1 = QttpxckI = 95 (KVAR). P2 = PttnhII = 32,85 (KW) ; Q2 = QttnhII = 38,4 (KVAR). P3 = Ptt máy doa = 17 (kW) ; Q3 = Qtt máy doa = P3.tgj = 17.tg(arccos0,65) = 20 (KVAR). Xác định tổn thất điện áp (bỏ qua tổn thất công suất ). . Trong đó : Pi ,Qi : là công suất chạy trên đoạn đường dây i (kW, kVAr). Ri,Xi: là điện trở, điện kháng của đoạn đường dây i (W). Uđm: là điện áp định mức của mạng (KV). ® DU%mạng = 4,43% < . Vậy mạng điện sau khi thiết kế đã đảm bảo chất lượng điện năng. CHƯƠNG V THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CHUNG CỦA PHÂN XƯỞNG SỬA CHỮA CƠ KHÍ 5.1 - ĐẶT VẤN ĐỀ: Trong nhà máy, xí nghiệp công nghiệp hệ thống chiếu sáng có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng sản phẩm, nâng cao năng suất lao động, an toàn trong sản xuất và sức khoẻ người lao động. Nếu ánh sáng không đủ người lao động sẽ phải làm việc trong trạng thái căng thẳng, hại mắt và ảnh hưởng nhiều đến sức khoẻ, kết quả là hàng loạt sản phẩm không đạt tiêu chuẩn kỹ thuật và năng suất lao động thấp, thậm chí còn gây tai nạn trong lao động. Cũng vì vậy hệ thống chiếu sáng phải đảm bảo các yêu cầu sau: Không bị loá mắt. Không bị loá do phản xạ. Không tạo ra các khoảng tối bởi những vật bị che khuất. Phải có độ rọi đồng đều. Phải tạo được ánh sáng càng gần với ánh sáng tự nhiên càng tốt 5.2 - LỰA CHỌN SỐ LƯỢNG VÀ CÔNG SUẤT CỦA HỆ THỐNG ĐÈN CHIẾU SÁNG CHUNG: 5.2.1. Các hình thức chiếu sáng : Các hệ thống chiếu sáng được dùng trong các nhà máy như : a/ Chiếu sáng chung: Là hình thức chiếu sáng tạo nên độ rọi đồng đều trên toàn diện tích sản xuất của phân xưởng , với hình thức chiếu sáng này thì đèn được treo cao trên tầm theo qui định nào đó để có lợi nhất. Chiếu sáng chung được dùng trong các phân xưởng có yêu cầu về độ rọi ở mọi chỗ gần như nhau và còn được sử dụng ở các nơi mà ở đó không đòi hỏi mắt phải làm việc căng thẳng. b/ Chiếu sáng cục bộ : là hình thức chiếu sáng ở những nơi cần quan sát chính xác tỷ mỷ và phân biệt rõ các chi tiết, với hình thức này thì đèn chiếu sáng phải được đặt gần vào nơi cần quan sát. Chiếu sáng cục bộ dùng để chiếu sáng các chi tiết gia công trên máy công cụ, ở các bộ phận kiểm tra, lắp máy. c/ Chiếu sáng hỗn hợp : Là hình thức chiếu sáng bao gồm chiếu sáng chung và chiếu sáng cục bộ . Chiếu sáng chung hỗn hợp được dùng ở những nơi có các công việc thuộc cấp I, II,II và cũng được dùng khi cần phân biệt màu sắc , độ lồi lõm, hướng xắp xếp các chi tiết ... 5.2.2. Chọn hệ thống chiếu sáng : Qua phân tích các hình thức chiếu sáng ở mục trên ta thấy phân xưởng sửa chữa cơ khí có những đặc điểm thích hợp với hình thức chiếu sáng hỗn hợp vì vậy ta chọn hệ thống chiếu sáng cho phân xưởng sửa chữa cơ khí là hệ thống chiếu sáng hỗn hợp. 5.2.3. Chọn loại đèn chiếu sáng: Hiện nay ta thường dùng phổ biến các loại bóng đèn như: Đèn dây tóc và đèn huỳnh quang. a/ Đèn dây tóc: đèn dây tóc làm việc dựa trên cơ sở bức xạ nhiệt. Khi dòng điện đi qua sợi dây tóc làm dây tóc phát nóng và phát quang. - Ưu điểm của đèn dây tóc là chế tạo đơn giản, rẻ tiền đễ lắp đặt và vận hành - Nhược điểm của đèn dây tóc là quang thông của nó rất nhạy cảm với điện áp. Nếu điện áp bị dao động thường xuyên thì tuổi thọ của bóng đèn cũng giảm đi. b/ Đèn huỳnh quang: là loại đèn ứng dụng hiện tượng phóng điện trong chất khí áp suất thấp. - Ưu điểm của đèn huỳnh quang là : Hiệu suất quang lớn, khi điện áp chỉ thay đổi trong phạm vi cho phép thì quang thông giảm rất ít (1%), tuổi thọ cao. - Nhược điểm của đèn huỳnh quang là : Chế tạo phức tạp, giá thành cao, cosj thấp làm tăng tổn hao công suất tác dụng và làm giảm hiệu suất phát quang của đèn, quang thông của đèn phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, phạm vi phát quang cũng phụ thuộc nhiệt độ, khi đóng điện thì đèn không thể sáng ngay được. do quang thông thay đổi nên hay làm cho mắt mỏi mệt và khó chịu. c/ Chọn đèn chiếu sáng cho phân xưởng sửa chữa cơ khí : - Qua phân tích các ưu và nhược điểm của hai loại bóng đèn trên ta thấy đối với phân xưởng sửa chữa cơ khí thì ta dùng loại đèn sợi đốt là thích hợp. - Phân xưởng SCCK gồm: Chiều dài : 40 m. Chiều rộng : 35 m. Tổng diện tích là : 1500 m2. Nguồn điện áp sử dụng: U = 220 V lấy từ tủ chiếu sáng của TPP. 5.2.4. Chọn độ rọi cho các bộ phận : - Độ rọi là một độ quang thông mà mặt phẳng được chiếu nhận được từ nguồn sáng ký hiệu là E. - Tuỳ theo tính chất của công việc , yêu cầu đảm bảo sức khoẻ cho người làm việc, khả năng cấp điện mà nhà nước có các tiêu chuẩn về độ rọi cho các công việc khác nhau, do vậy ta phải căn cứ vào tính chất công việc của từng bộ phận có trong phân xưởng sửa chữa cơ khí để chọn được độ rọi thích hợp. - Phần lớn tính chất công việc của phân xưởng sửa chữa cơ khí là cần độ chính xác vừa như các máy công cụ gia công chi tiết, lắp ráp và các phòng làm việc, thử nghiệm, và phòng kiểm tra có yêu cầu về độ rọi tương đối cao. - Qua phân tích tính chất công việc của phân xưởng ta tra bảng được độ rọi cho phân xưởng sửa chữa cơ khí như sau: E = 30 LX. 5.3. TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG : - Ta có hệ số dự trữ : k = 1,3. - Khoảng cách từ đèn đến mặt công tác: - H = h – hc – hlv = 4,5 – 0,7 – 0,8 = 3 m. - Trong đó: + h – chiều cao của phân xưởng (tính từ nền đến trần của phân xưởng). h = 4,5m. + hc - Khoảng cách từ trần đến đèn, hc=0,7. + hlv - Chiều cao từ nền phân xưởng đến mặt công tác, hlv=0,8. Hệ số phản xạ của tường: Ptg= 30 %. Hệ số phản xạ của trần: Ptr= 50 %. - Sơ đồ tính toán chiếu sáng. Để tính toán chiếu sáng Phân xưởng SCCK ở đây ta sẽ áp dụng phương pháp hệ số sử dụng: Công thức tính toán: Trong đó: F- quang thông của mỗi đèn (lumen). E- độ rọi yêu cầu (Lx). S- điện tích cần chiếu sáng (m2). k- hệ số dự trữ k = 1,3. n- số bóng đèn có trong hệ thống chiếu sáng chung. ksd- hệ số sử dụng. Z- hệ số phụ thuộc vào loại đèn và tỷ số L/H. Chỉ số của phòng: Trong đó : a, b là chiều dài, chiều rộng của phân xưởng. Tra bảng ta tìm được Ksd= 0,501. * Xác định số bóng đèn n: * Xác định khoảng cách giữa các bóng đèn L: Ta có: = 1,8 (Tra bảng chiếu sáng phân xưởng dùng chao đèn vạn năng): L = 1,8.H =1,8.3 =5,4 m. Ta chọn L = 5 m. Vậy ta bố trí khoảng cách giữa các đèn là 5 m và khoảng cách từ bờ tường đến bờ đèn 2,5m. * Số đèn bố trí một hàng chiều rộng là: n1 = bóng . * Số đèn bố trí một hàng chiều dài là: n2 =bóng chọn 9 bóng bố trí theo chiều dài phân xưởng. * Số đèn trong một khu vực chiếu sáng là: n = n1.n2 = 7.9 = 63 bóng . Tra bảng lấy độ rọi E =30 Lux. Hệ số dự trữ k =1,5. Hệ số tính toán Z =1,2. Vậy quang thông của mỗi bóng đèn được xác định: F = (lm). Tra bảng (PL 6 -8-TL1) chọn bóng đèn dây tóc vạn năng có công suất Pđ = 200W điện áp U =220/230V có quang thông F = 3000 lm. Tổng số bóng đèn trong phân xưởng là 63 bóng. Tổng cống suất sử dụng để chiếu sáng PXCK số 1 là: PCS = 63.Pđ = 63.200 = 12600 (W) = 12,6 (kW). 5.4 THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG. * Để cung cấp điện cho hệ thống chiếu sáng chung của phân xưởng CK1 ta đặt 1 tủ chiếu sáng trong phân xưởng gồm 1 áptômát tổng loại 3 pha 4 cực và 9 áptômát nhánh 1 pha 2 cực, cấp cho 9 dãy đèn mỗi dãy có 7 bóng. * Chọn Áptômát tổng: - Chọn áptômát tổng theo các điều kiện: Điện áp định mức : UđmA≥ Uđmm= 0,38kV. Dòng điện định mức: . Chọn Aptomat loại C60L do hãng Merlin Gerlin chế tạo có các thông số sau: Iđm = 25A ; Icắt N = 20kA.. Uđm = 440V ; 4 cực. - Chọn cáp từ TPP phân xưởng đến tủ chiếu sáng: chọn cáp theo điều kiện phát nóng cho phép. khc.Icp ≥ Itt = 19,14 A. Trong đó: Itt – dòng điện tính toán của hệ thống chiếu sáng chung. Icp – Dòng điện cho phép tương ứng với từng loại dây, từng tiết diện. khc – Hệ số hiệu chỉnh, ở đây lấy khc = 1. Kiểm tra điều kiện phối hợp với thiết bị bảo vệ bằng Áptômát . Chọn cáp loại 4G 2,5 cách điện PVC của LENS có Icp = 31A. - Chọn áptômát nhánh: Điện áp định mức: Uđm ≥ Uđmm = 0,35kV. Dòng điện định mức: . Chọn Áptômát loại NC60a do Merlin Gerlin chế tạo có các thông số như sau: IđmA= 10A. Icắt N= 3kA. Uđm= 440V loại 2 cực. - Chọn dây dẫn từ tủ chiếu sáng đến các bóng đèn. Chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng cho phép: Khc.Icp ≥ Itt Kiểm tra theo điều kiện kết hợp với thiết bị bảo vệ bằng áptômát. . Chọn cáp đồng 2 lõi tiết diện 2x1,5mm2 có Icp = 26A cách điện PVC do hãng LENS chế tạo. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CHIẾU SÁNG PHÂN XƯỞNG CƠ KHÍ SỐ 1 KTA CHƯƠNG VI TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ĐỂ NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT CHO NHÀ MÁY 6.1. ĐẶT VẤN ĐỀ: Vấn đề sử dụng hợp lí và tiết kiệm điện năng cho các xí nghiệp công nghiệp có ý nghĩa rất to lớn đối với nền kinh tế vì các xí nghiệp này tiêu thụ khoảng 50% tổng số điện năng sản xuất ra. Hệ số công suất cosφ là một trong các chỉ tiêu để đánh giá xí nghiệp dùng điện có hợp lý và tiết kiệm hay không. Nâng cao hệ số công suât cosφ là một chủ trương lâu dài gắn liền với mục đích phát huy hiệu quả cao nhất quá trình sản xuất, phân phối và sử dụng điện năng. Phần lớn các thiết bị tiêu thụ điện đều tiêu thụ công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q .Công suất tác dụng là công suất được biến thành cơ năng hoặc nhiệt năng trong các thiết bị dùng điện, còn công suất phản kháng Q là công suất từ hoá trong các máy điện xoay chiều, nó không sinh công. Quá trình trao đổi công suất phản kháng giữa máy phát và hộ tiêu dùng điện là một quá trình dao động. Mỗi chu kỳ của dòng điện Q đổi chiều 4 lần, giá trị trung bình của Q trong ½ chu kỳ của dòng điện bằng 0. Việc tạo ra công suất phản kháng không đòi hỏi phải tốn nhiều năng lượng. Mặt khác công suất phản kháng cung cấp cho hộ tiêu thụ điện không nhất thiết phải là nguồn. Vì vậy , để tránh phải truyền tải một lượng Q khá lớn trên đường dây người ta đặt gần các hộ tiêu thụ điện các máy sinh ra Q ( như tụ điện , máy bù đồng bộ…) để cung cấp trực tiếp cho phụ tải, làm như vậy gọi là bù công suất phản kháng. Khi bù công suất phản kháng thì góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong mạch sẽ nhỏ đi, do đó hệ số công suất cosφ của mạng được nâng cao, giữa P, Q và góc φ có quan hệ: Khi lượng P không đổi, nhờ có bù công suất phản kháng, lượng Q truyền trên đường dây giảm xuống, do đó góc φ giảm, kết quả là cosφ tăng lên. Hệ số công suất cosφ được nâng cao lên sẽ đưa lại các hiệu quả sau: Giảm được tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện. Giảm tổn thất điện áp trong mạng điện. Tăng khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp. Tăng khả năng phát của máy điện. Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cosφ: Nâng cao hệ số công suất cosφ tự nhiên: là tìm biện pháp để các hộ tiêu thụ điện giảm bớt lượng công suất phản kháng tiêu thụ như: Hợp lí hoá qui trình sản xuất, giảm thời gian chạy không tải của các động cơ, thay thế các động cơ thường xuyên làm việc non tải bằng các động cơ có công suất hợp lí hơn …Nâng cao hệ số công suất cosφ tự nhiên rất có lợi vì đưa lại hiệu quả kinh tế lâu dài mà không phải đặt thêm các thiết bị bù. Nâng cao hệ số công suất cosφ bằng biện pháp bù công suất phản kháng. Thực chất là đặt các thiết bị bù ở gần các hộ tiêu thụ điện để cung công suất phản kháng theo yêu cầu của chúng, nhờ vậy sẽ giảm được lượng lớn công suất phản kháng phải truyền tải trên đường dây. 6.2 - CHỌN VỊ TRÍ ĐẶT VÀ THIẾT BỊ BÙ: Để bù công suất phản kháng cho các hệ thống cung cấp điện có thể sử dụng tụ điện tĩnh, máy bù đồng bộ, động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ quá kích thích…Ở đây, ta lựa chọn các bộ tụ điện tĩnh để làm thiết bị bù cho nhà máy. Sử dụng các bộ tụ điện có ưu điểm là tiêu hao ít công suất tác dụng, không có phần quay như máy bù đồng bộ