Đề tài Thiết kế cung cấp Điện cho nhà máy sản xuất máy cơ khí nông nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ---- ---- ----- ---- NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên : Lại Đắc Phú Lớp : Hệ thống điện Khóa : Tại chức - Bắc Giang I.ĐẦU ĐỀ THIẾT KẾ. Thiết kế cung cấp điện cho nhà máy sản xuất máy cơ khí nông nghiệp. II.CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU Phụ tải điện của nhà máy (Hình 1 và Bảng 1) Phụ tải điện của phân xưởng sửa chữa cơ khí (Hình 2 và Bảng 2) Điện áp nguồn: Tự chọn theo công suất của nhà máy và khoảng cách từ nguồn đến nhà máy. Dung lượng ngắn mạch về phía hạ áp của trạm biến áp khu vực : 300MVA Đường dây cung cấp điện cho nhà máy : Dùng dây nhôm lõi thép (AC) đặt treo trên không. Khoảng cách từ nguồn đến nhà máy : 18km Công suất của nguồn điện : Vô cùng lớn Nhà máy làm việc : 3 ca, Tmax= 5500 giờ Thời gian xây dựng công trình trong 1 năm, suất triết khấu 12%/năm, thời gian vận hành của công trình 30 năm. III.NỘI DUNG CÁC PHẦN THUYẾT MINH VÀ TÍNH TOÁN Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí và toàn nhà máy Thiết kế mạng điện cao áp cho toàn nhà máy Thiết kế mạng điện hạ áp cho phân xưởng sửa chữa cơ khí Tính toán nâng cao công suất cos( của toàn nhà máy Thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng sửa chữa cơ khí Thiết kế cơ khí tuyến đường dây nối từ nguồn điện đến nhà máy IV.CÁC BẢN VẼ THUYẾT MINH TRÊN KHỔ A0 Biểu đồ phụ tải toàn nhà máy Các phương án thiết kế mạng điện cao áp của nhà máy Sơ đồ nguyên lý mạng điện cao áp của nhà máy Sơ đồ nguyên lý mạng điện hạ áp của phân xưởng sửa chữa cơ khí Sơ đồ mặt bằng và đi dây của phân xưởng sửa chữa cơ khí Sơ đồ mặt cắt tuyến đường dây nối từ nguồn điện đến nhà máy Bảng 1 - Phụ tải của nhà máy sản xuất máy cơ khí nông nghiệp TT  Tên phân xưởng  Công suất đặt (kW)  Loại hộ tiêu thụ   1  Ban quản lý và phòng thiết kế  80  III   2  PX cơ khí số 1  2500  I   3  PX cơ khí số 2  2800  I   4  PX luyện kim mầu  1800  I   5  PX luyện kim đen  2500  I   6  PX sửa chữa cơ khí  Theo tính toán  III   7  PX rèn  2100  I   8  PX nhiệt luyện  3000  I   9  Bộ phận nén khí  1500  III   10  Kho vật liệu  60  III   11  Chiếu sáng phân xưởng  Theo diện tích    Bảng 2 – Danh sách thiết bị của phân xưởng SCCK TT  Tên phân xưởng  SL  Nhãn máy  Pđm (kW)       1 máy  Toàn bộ   BỘ PHẬN DỤNG CỤ   1  Máy tiện ren  4  IK625  10    2  Máy tiện ren  4  IK620  10    3  Máy doa toạ độ  1  2450  4,5    4  Máy doa ngang  1  2614  4,5    5  Máy phay vạn năng  2  6H82  7    6  Máy phay ngang  1  6H84(  4,5    7  Máy phay chép hình  1  6H(K(  5,62    8  Máy phay đứng  2  6H12  7    9  Máy phay chép hình  1  642  1    10  Máy phay chép hình  1  6461  0,6    11  Máy phay chép hình  1  64616  3    12  Máy bào ngang  2  7M36  7    13  Máy bào giường một trụ  1  MC38  10    14  Máy xọc  2  7M430  7    15  Máy khoang hướng tâm  1  1A55  4,5    16  Máy khoan đứng  1  2A125  4,5    17  Máy mài tròn  1  36151  7    18  Máy mài tròn vạn năng  1  312M  2,8    19  Máy mài phẳng có trục đứng  1  373  10    20  Máy mài phẳng có trục nằm  1  371M  1,8    21  Máy ép thủy lực  1  (O-53  4,5    22  Máy khoan bàn  1  HC-12A  0,65    23  Máy mài sắc  2  -  2,8    24  Máy ép tay kiểu vít  1  -  -    25  Bàn thợ nguội  10  -  -    26  Máy giũa  1  -  1    27  Máy mài sắc các dao cắt gọt  1  3A625  2,8    BỘ PHẬN SỬA CHỮA CƠ KHÍ VÀ ĐIỆN   1  Máy tiện ren  4  IA62  7    2  Máy tiện ren  3  1616  4,5    3  Máy tiện ren  4  IE6EM  3,2    4  Máy tiện ren  2  I(63A  10    5  Máy khoan đứng  1  2A125  2,8    6  Máy khoang đứng  1  2A150  7    7  Máy phay vạn năng  1  6H81  4,5    8  Máy bào ngang  1  7A35  5,8    9  Máy mài tròn vạn năng  1  3130  2,8    10  Máy mài phẳng  1  -  4    11  Máy cưa  2  872A  2,8    12  Máy mài hai phía  2  -  2,8    13  Máy khoan bàn  6  HC-12A  0,65    14  Máy ép tay  1  P- 4T  -    15  Bàn thợ nguội  8  -  -    CHƯƠNG I XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CHO CÁC PHÂN XƯỞNG VÀ TOÀN NHÀ MÁY 2.1. Cơ sở lý thuyết. 2.1.1. Khái niệm phụ tải tính toán và ý nghĩa của phụ tải tính toán. Phụ tải tính là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải thực tế (biến đổi) về mặt hiệu ứng nhiệt lớn nhất. Nói cách khác, phụ tải tính toán cũng đốt nóng thiết bị lên tới nhiệt độ lớn nhất do phụ tải thực tế gây ra, vì vậy chính các thiết bị theo phụ tải tính toán sẽ đảm báo an toàn cho thiết bị về mặt phát nóng. Phụ tải tính toán được sử dụng để lựa chọn và kiểm tra các thiết bị trong hệ thống cung cấp điện như: máy biến áp dây dẩn, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ... tính toán tổn thất công suất tổn thất điện năng, tổn thất điện áp, lựa chọn bù công suất phản kháng... Phụ tải tính toán phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: công suất, số lượng, chế độ làm việc của các thiết bị điện, trình độ và phương thức vận hành hệ thống... Nếu phụ tải tính toán xác định được nhỏ hơn phụ tải thực tế thì sẽ làm giảm tuổi thọ của tiết bị điện, có khả năng dẩn đến sự cố, cháy nổ... Ngược lại, các thiết bị được lựa chọn sẽ dư thừa công suất là ứ đọng vốn đầu tư gia tăng tổn thất... Cũng vì vậy đã có nhiều công trình nghiên cứu và phương pháp xác định phụ tải tính toán, song cho đến nay vẫn chưa có được phương pháp nào thật hoàn thiện. Những phương pháp cho kết qủa đủ tin cậy thì lại quá phức tạp, khối lượng tính toán và những thông tin ban đầu đòi hỏi quá lớn và ngựơc lại. Vì vậy tuỳ theo giai đoạn thiết kế, tuỳ theo giai đoạn cụ thể mà chon phương pháp thích hợp. Có thể đưa ra đây một số phương pháp thường được sử dụng nhiều hơn cả để xác định phụ tải tính toán khi quy hoạch và thiết kế các hệ thống cung cấp điện. 2.1.2. Các phương pháp tính phụ tải tính toán. 1. Phương pháp xác định phụ tải tính toán (PTTT) theo công suất đặt và hệ số nhu cầu: Ptt=knc.Pđ Trong đó : Knc - Hệ số nhu cầu tra trong sổ tay kỹ thuật Pđ - Công suất đặt của thiết bị hoặc nhóm thiết bị, trong tính toán có thể xem gần đúng; Pđ=Pđm [kw] 2. Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải và công suất trung bình: Ptt=Khd.Ptb Trong đó: Khd - Hệ số hình dáng của đồ thi phụ tải tra trong sổ tay kỹ thuật Ptb - Công suất trung bình của thiết bị hoặc nhóm thiết bị, [kW] 3. Phương pháp xác định PTTT theo công suất trung bình và độ lệch của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình Ptt=Ptb+(.( Trong đó : Ptb - Công suất trung bình của thiết bị và nhóm thiết bị, [kw] ( - Độ lệch của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình. ( - Hệ số tán xạ của (. 4. Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số cực đại Ptt=Kmax.Ptb.=Kmax.Ksd.Ptb Trong đó: Ptb - Công suất trung bình của thiết bị hoặc nhóm thiết bị ,[kw] Kmax - Hệ số cực đại tra trong sổ tay kỹ thuật theo quan hệ Kmax=f(nhq,Ksd) Ksd - Hệ số kỹ thụât tra trong sổ tay kỹ thuật nhq- Số thiết bị dùng điện hiệu quả. 5. Phương pháp xác định PTTT theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm: Ptt=
Trong đó: a0 - Suất chi phí điện năng cho một đơn vị sản phẩm M - Số sản phẩm sản xuất được trong một năm Tmax-Thời gian sử dụng công suất lớn nhất, [h] 6. Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng trên đơn vị diện tích sản xuất: Ptt=p0.F Trong đó: p0 - Suất tiêu thụ điện trên một đơn vị diện tích F - Diện tích bố trí thiết bị 7. Phương pháp trực tiếp Trong các phương pháp trên, ba phương pháp 1, 5 và 6 dựa trên kinh nghiệm thiết kế và vận hành để xác định PTTT nên chỉ chi các kết quả gần đúng, tuy nhiên chúng khá đơn giản và tiện lợi. Các phương pháp còn lại được xây dựng trên cơ sở lý thuyết xác suất thống kê có xét đến nhiều yếu tố, do đó có kết quả chính xác hơn nhưng khối lương tính toán lớn và phức tạp. Tuỳ theo yêu cầu tính toán và những thông tin có thể có được về phụ tải, người thiết kế có thể lựa chọn các phương pháp thích hợp để xác định PTTT. Trong đồ án này với phân xưởng cơ điện 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 theo công suất trung bình và hệ số cực đại. Các phân xưởng còn lại do chỉ biết diện tích và công suất đặt của nó nên để xác định phụ tải động lực của các phân xưởng này, ta áp dụng phương pháp tính theo công suất đặt và hệ số nhu cầu. Phụ tải chiếu sáng của các phân xưởng được xác định theo phương pháp suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích sản xuất. 2.2. Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí. Giới thiệu phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình Ptb và hệ số cực đại kmax (còn gọi là phương pháp số thiết bị dùng điện hiệu quả nhq)
Trong đó : Pđmi : Công suất định mức của thiết bị thứ i trong nhóm, n : Số thiết bị trong nhóm, ksd : Hệ số sử dụng, tra trong sổ tay kỹ thuật, kmax : Hệ số cực đại, tra trong sổ tay kỹ thuật theo quan hệ kmax = f(nhq,ksd) Số thiết bị dùng điện hiệu qủa nhq là số thiết bị có cùng công suất, cùng chế độ làm việc gây ra một hiệu quả phát nhiệt ( hoặc mức độ huỷ hoại cách điện ) đúng bằng các phụ tải thực tế ( có công suất và chế độ làm việc có thể khác nhau) gây ra trong qúa trình làm việc, nhq được xác định bằng biểu thức tổng quát sau :
Trong đó: Pđmi- Công suất định mức của thiết bị thứ i trong nhóm. n : số thiết bị trong nhóm Khi n lớn thì việc xác định nhq theo biểu thức trên khá phức tạp nên xác định nhq theo phương pháp gần đúng với sai số tính toán nằm trong khoảng
10%. a. Trường hợp
và
thì nhq =n. Chú ý nếu trong nhóm có n1 thiết bị mà tổng công suất của chúng không lớn hơn 5% tổng công suất của cả nhóm thì : nhq = n - n1. Trong đó : Pđmmax :công suất định mức của thiết bị có công lớn nhất trong nhóm Pđmmin :công suất định mức của thiết bị có công nhỏ nhất trong nhóm b. Trường hợp
và
, nhq sẽ được xác định theo biểu thức :
c. Khi không áp dụng được các trường hợp trên thì xác định theo trình tự sau : Trước hết tính :
,
Trong đó : n : số thiết bị trong nhóm, n1: số thiết bị có công suất không nhỏ hơn một nửa công suất thiết bị có công suất lớn nhất, P và P1 :tổng công suất của n và của n1 thiết bị. Sau khi tính được n* và P* tra theo sổ tay kỹ thuật ta tìm được nhq* =f ( n* , P*) từ đó tính nhq theo công thức :nhq = nhq**n Khi xác định PTTT theo phương pháp số thiết bị dùng điện hiệu quả nhq, trong một số trường hợp cụ thể có thể dùng các công thức gần đúng sau : Nếu
và nhq<4, PTTT được tính theo thức :
( Nếu n>3 và nhq<4, PTTT được tính theo công thức :
Trong đó : kti : hệ số phụ tải của thiết bị thứ i. Nếu không có số liệu chính xác, hệ số phụ tải kti =0.9 đối với thiết bị làm việc ở chế độ làm việc dài hạn, kti =0.75 đối với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, ( Nếu n>300 và
phụ tải tính toán được tính theo công thức :
(Đối với thiết bị có đồ thị phụ tải bằng phẳng (các máy bơm, quạt nén khí…) , PTTT có thể lấy bằng phụ tải trung bình :
( Nếu trong mạng có thiết bị một pha cần phải phân phối đều các thết bị cho ba 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 : Pqđ = 3*Pphamax Nếu thiết bị 1 pha đấu vào điện áp dây : Pqđ =
*Pphamax ( 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 trước khi xác định nhq theo công thức :
Trong đó : (dm là hệ số đóng điện tương đối phần trăm, cho trong lý lịch máy. 2.Trình tự xác định phụ tải tính toán theo phương pháp Ptb và kmax. a.Phân nhóm phụ tải. Trong một phân xưởng thường có nhiều thiết bị có công suất và chế độ làm việc rất khác nhau, muốn xác định phụ tải tính toán được chính xác cần phải phân nhóm thiết bị điện. Việc phân nhóm thiết bị điện cần tuân theo các nguyên tắc sau: *Các thiết bị 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 trong cùng một nhóm nên giống nhau để xác định PTTT được chính xác hơn và thuận lợi cho việc lựa chọn phương thức cung cấp điện cho nhóm. Tổng công suất các nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại tủ động lực cần dùng trong phân xưởng và toàn nhà máy. Số thiết bị trong một nhóm cũng không nên quá nhiều bởi số đầu ra của các tủ động lực thường ( (8(12) Tuy nhiên thường thì rất khó thoả mãn cùng một lúc cả 3 nguyên tắc trên, do vậy người thiết kế cần phải lựa chọn cách phân nhóm sao cho hợp lý nhất. Dựa theo nguyên tắc phân nhóm phụ tải điện đã nêu ở trên và căông nghệ căn cứ vào vị trí, công suất của các thiết bị bố trí trên mặt bằng phân xưởng có thể chia các thiết bị trong phân xưởng Sửa chữa cơ khí thành 5 nhóm. Kết quả phân nhóm phụ tải điện được trình bày trong bảng 2.1 Bảng 2.1. Tổng hợp kết quả phân nhóm phụ tải điện TT  Tên thiết bị  Số lượng  Ký hiệu  Pđm (KW)  cos(  Iđm (A)       1 máy  Toàn bộ     1  2  3  4   5  6  7   NHÓM I          1  Máy tiện ren  4  1  10  40  0,6  4x25,32   2  Máy tiện ren  4  2  10  40  0,6  4x25,32   3  Máy khoan bàn  1  22  0,65  0,65  0,6  1,65   4  Máy mài sắc  2  23  2,8  5,6  0,6  2x7,09   Cộng nhóm I  11    86,25   218,39   NHÓM II   1  Máy phay vạn năng  2  5  7  14  0,6  2x17,73   2  Máy phay ngang  1  6  4,5  4,5  0,6  11,40   3  Máy phay chép hình  1  7  5,62  5,62  0,6  14,23   4  Máy phay chép hình  1  11  3  3  0,6  7,60   5  Máy bào ngang  2  12  7  14  0,6  2x17,73   6  Máy bào giường một trụ  1  13  10  10  0,6  25,32   7  Máy khoan hướng tâm  1  15  4,5  4,5  0,6  11,40   Cộng nhóm II  9    55,62   140,87   NHÓM III   1  Máy doa ngang  1  4  4,5  4,5  0,6  11,40   2  Máy phay đứng  2  8  7  14  0,6  2x17,73   3  Máy phay chép hình  1  9  1  1  0,6  2,53   4  Máy phay chép hình  1  10  0,6  0,6  0,6  1,52   5  Máy xọc  2  14  7  14  0,6  2x17,73   6  Máy khoan đứng  1  16  4,5  4,5  0,6  11,40   7  Máy mài tròn  1  17  7  7  0,6  17,73   8  Máy mài tròn vạn năng  1  18  2,8  2,8  0,6  7,09   9  Máy mài phẳng có trục đứng  1  19  10  10  0,6  25,32   10  Máy ép thủy lực  1  21  4,5  4,5  0,6  11,40   Cộng nhóm III  12    62,9   159,31   NHÓM IV         1  Máy tiện ren  1  1  7  7  0,6  17,73   2  Máy tiện ren  1  2  4,5  4,5  0,6  11,40   3  Máy tiện ren  1  3  3,2  3,2  0,6  8,10   4  Máy tiện ren  1  4  10  10  0,6  25,32   5  Máy khoan đứng  1  5  2,8  2,8  0,6  7,09   6  Máy khoan đứng  1  6  7  7  0,6  17,73   7  Máy cưa  1  11  2,8  2,8  0,6  7,09   8  Máy mài hai phía  1  12  2,8  2,8  0,6  7,09   9  Máy khoan bàn  6  13  0,65  3,9  0,6  6x1,65   Cộng nhóm IV  14    44   111,45   NHÓM V         1  Máy tiện ren  3  1  7  21  0,6  3x17,73   2  Máy tiện ren  1  2  4,5  4,5  0,6  11,40   3  Máy tiện ren  3  3  3,2  9,6  0,6  3x8,10   4  Máy tiện ren  1  4  10  10  0,6  25,32   5  Máy phay vạn năng  1  7  4,5  4,5  0,6  11,40   6  Máy bào ngang  1  8  5,8  5,8  0,6  14,69   7  Máy mài tròn vạn năng  1  9  2,8  2,8  0,6  7,09   8  Máy mài phẳng  1  10  4  4  0,6  10,13   9  Máy cưa  1  11  2,8  2,8  0,6  7,09   10  Máy mài hai phía  1  12  2,8  2,8  0,6  7,09   11  Máy giũa  1  26  1  1  0,6  2,53   12  Máy mài sắc các dao cắt gọt  1  27  2,8  2,8  0,6  7,09   Cộng nhóm V  16    71,6   181,32   b.Xác định phụ tải tính toán của các nhóm phụ tải Các thiết bị đều làm việc ở chế độ dài hạn , để cho việc tính toán được đơn giản, ở đây ta lấy chung các hệ số Ksd=0,15 ; co( =0,6(tg(= 1,33 cho tất cả các nhóm b.1.Tính toán cho nhóm I TT  Tên thiết bị  Số lượng  Ký hiệu  Pđm (KW)  cos(  Iđm (A)       1 máy  Toàn bộ     NHÓM I         1  Máy tiện ren  4  1  10  40  0,6  4x25,32   2  Máy tiện ren  4  2  10  40  0,6  4x25,32   3  Máy khoan bàn  1  22  0,65  0,65  0,6  1,65   4  Máy mài sắc  2  23  2,8  5,6  0,6  2x7,09   Cộng nhóm I  11    86,25   218,39   Tổng số thiết bị tham gia trong nhóm: n = 11 ; n1 = 8
n* =

P* =
- Với n* = 0,727 và P* = 0,928 tra bảng PL1.4 ta được : nhq* = 0,79
nhq = n.nhq* = 11.0,79 =8,69 -Tra bảng PL1.5 với Ksd = 0,15 và nhq = 9. Ta được Kmax = 2,2 Công suất tính toán của phụ tải nhóm 1: Ptt1 = Kmax.Ksd.
= 2,2. 0,15. 86,25= 28,46 (kW) Qtt1 = Ptt1. tg
= 28,46. 1,33 = 37,85 (kVAr) Stt1 =
(kVA) Itt1 =
b.2.Tính toán cho nhóm II TT  Tên thiết bị  Số lượng  Ký hiệu  Pđm (KW)  cos(  Iđm (A)       1 máy  Toàn bộ     1  Máy phay vạn năng  2  5  7  14  0,6  2x17,73   2  Máy phay ngang  1  6  4,5  4,5  0,6  11,40   3  Máy phay chép hình  1  7  5,62  5,62  0,6  14,23   4  Máy phay chép hình  1  11  3  3  0,6  7,60   5  Máy bào ngang  2  12  7  14  0,6  2x17,73   6  Máy bào giường một trụ  1  13  10  10  0,6  25,32   7  Máy khoan hướng tâm  1  15  4,5  4,5  0,6  11,40   Cộng nhóm II  9    55,62   140,87   Tổng số thiết bị tham gia trong nhóm: n = 9 ; n1 = 6
n* =

P* =
- Với n* = 0,67 và P* = 0,784 tra bảng PL1.4 ta được : nhq* = 0,90
nhq = n.nhq* = 9.0,9=8,1 -Tra bảng PL1.5 với Ksd = 0,15 và nhq = 8. Ta được Kmax = 2,31 Công suất tính toán của phụ tải nhóm 2: Ptt2 = Kmax.Ksd.
= 2,31. 0,15. 55,62 = 19,27 (kW) Qtt2 = Ptt2. tg
= 19,27. 1,33 = 25,63 (kVAr) Stt2 =
(kVA) Itt2 =
b.3.Tính toán cho nhóm III TT  Tên thiết bị  Số lượng  Ký hiệu  Pđm (KW)  cos(  Iđm (A)       1 máy  Toàn bộ     1  Máy doa ngang  1  4  4,5  4,5  0,6  11,40   2  Máy phay đứng  2  8  7  14  0,6  2x17,73   3  Máy phay chép hình  1  9  1  1  0,6  2,53   4  Máy phay chép hình  1  10  0,6  0,6  0,6  1,52   5  Máy xọc  2  14  7  14  0,6  2x17,73   6  Máy khoan đứng  1  16  4,5