Đồ án Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy (ghi theo bản vẽ kèm theo)

TRƯỜNG ĐHSPKT VINH THIẾT KẾ MÔN HỌC BỘ MÔN CUNG CẤP ĐIỆN HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Tên đề thiết kế: Thiết kế HTCCĐ cho nhà máy (ghi theo bản vẽ kèm theo) Sinh viên thiết kế: LÊ NGỌC NHU Cán bộ hướng dẫn: NGUYỄN THỊ THANH NGÂN NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Mở đầu: Giới thiệu chung về nhà máy: vị trí địa lý, kinh tế, đặc điểm công nghệ; đặc điểm và phân bố của phụ tải; phân loại phụ tải điện… Nội dung tính toán, thiết kế, các tài liệu tham khảo… Xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng và toàn nhà máy Thiết kế mạng điện hạ áp cho phân xưởng cơ khí Thiết kế mạng điện hạ áp cho toàn bộ nhà mày 4.1 chọn số lượng,dung lượng và vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng. 4.2 chọn số lượng,dung lượng và vị trí đặt các trạm biến áp trung gian(Trạm biến áp xí nghiệp)hoặc trạm phân phối trung tâm,lựa chọn sơ đồ nối điện và cunh cấp điện cho nhà máy. 4.3 Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy 5.Tính toán bù công suất phản kháng cho HTCCĐ của nhà máy 6.Thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng sữa chữa cơ khí CÁC BẢN VẼ TRÊN KHỔ GIẤY A3 Sơ đồ nguyên lý mạng điện,sơ đồ mặt bằng đi dây phân xưởng sữa chữa cơ khí Sơ đồ nguyên lý HTCCĐ toàn nhà máy. 3.Sơ đồ nối điện MBA toàn nhà máy 4. Sơ đồ nguyên lý role bảo vệ MBA toàn nhà máy CÁC SỐ LIỆU VỀ NGUỒN ĐIỆN VÀ NHÀ MÁY Điện áp: tự chọn theo công suất của nhà máy và khoảng cách từ nhà máy đến TBA khu vực (hệ thống điện). Công suất của nguồn điện: vô cùng lớn. Dung lượng ngắn mạch về phía hạ áp của TBA khu vực: 250MVA. Đường dây cung cấp điện cho toàn nhà máy dùng loại dây AC Khoảng cách từ TBA khu vực đến nhà máy: 12 km Nhà máy làm việc 3 ca. Ngày nhận đề: Tháng năm Trưởng bộ môn duyệt: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Nguyễn Thị Thanh Ngân Nhà máy số 8 Từ hệ thống điện đến Nhà máy công cơ khí công nghiệp địa phương (mặt bằng nhà máy số 8). SỐ TRÊN MẶT BẰNG  TÊN PHÂN XƯỞNG  CÔNG SUẤT ĐẶT ( kW )    Phòng thí nghiệm  120    Phân xưởng số 3  3100    Phân xưởng số 4  2100    Phân xưởng sữa chữa cơ khí  Theo tính toán    Lò ga  400    Phân xưởng rèn  1600    Bộ phận nén ép  600    Trạm bơm  200    Chiếu sáng phân xưởng  Xác định theo diện tích   Danh sách thiết bị phân xưởng sửa chữa cơ khí (Bản vẽ số 2). TT  Tên thiết bị  Số lượng  Nhãn hiệu  Công suất (kW)       Đ3  Đ4   1  2  3  4  5  6   Bộ phận máy   1  Máy cưa kiểu đai  1  8531  1,3  1,5   2  Khoan bàn  1  MC-12A  0,65  0,85   3  Máy mài thô  1  PA274  2,8  3,0   4  Máy khoan đứng  1  2A125  4,0  3,8   5  Máy bào ngang  1  736  6,5  6   6  Máy xọc  1  7A420  2,8  3,3   7  Máy mài tròn vạn năng  1  3A130  4,7  4,0   8  Máy phay răng  1  5D37t  5,5  5,8   9  Máy tiện ren  1  5M82  7,0  7,5   10  Máy tiện ren  1  1A62  8,3  8,3   11  Máy tiện ren  1  IX620  9,0  8,5   BỘ PHẬN HÀN HƠI 12  Máy nén cắt dập liên lợp  1  HB31  1,7  2,0   13  Máy mài phá  1  3M634  3,5  3,1   14  Quạt lò rèn  1   1,5  1,5   15  Máy khoan đứng  1  2188  0,85  0,78   BỘ PHẬN SỬA CHỬA ĐIỆN 16  Bể ngâm dung dịch kiềm  1   3,0  3,0   17  Bể ngâm nước nóng  1   3,5  3,8   18  Máy cuộn dây  1   1,2  1,1   19  Máy khoan bàn  1   0,65  0,65   20  Máy mài thô  1  HC12A  3,0  3,5   21  Bàn thử nghiệm thiết bị điện  1  3M634  7,0  6,5   BUỒNG NẠP ĐIỆN 22  Chỉnh lưa salenium  1  BCA5M  0,7  0,7  
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU……………………………………………………………………..8 CHƯƠNG 1:Mở đầu………………………………………………………………9 CHƯƠNG 2:Xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng,nhà máy………12 CHƯƠNG 3:Thiết kế mạng cao áp của toàn nhà máy………………………...36 CHƯƠNG 4:Thiết kế mạng hạ áp của phân xưởng sửa chữa cơ khí…………77 CHƯƠNG 5:Tính toán bù công suất phản kháng……………………………..89 CHƯƠNG 6:Thiết kế hệ thống chiếu sáng chung của phân xưởng sửa chữa cơ khí………………………………………………………….94 LỜI NÓI ĐẦU Trong sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa nước nhà hiện nay thì ngành Công nghiệp Điện năng đã thực sự trở thành một ngành công nghiệp mũi nhọn, và vai trò của nó đối với các ngành công nghiệp khác ngày càng được khẳng định. Có thể nói, phát triển công nghiệp, đẩy mạnh công cuộc đổi mới đất nước đã gắn liền với sự phát triển của ngành công nghiệp Điện năng. Khi xây dựng một nhà máy mới, một khu công nghiệp mới hay một khu dân cư mới…thì việc đầu tiên phải tính đến là xây dựng một hệ thống cung cấp điện để phục vụ cho nhu cầu sản xuất và sinh hoạt cho khu vực đó. Trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa, ngành công nghiệp nước ta đang ngày một khởi sắc, các nhà máy, xí nghiệp không ngừng được xây dựng. Gắn liền với các công trình đó là hệ thống cung cấp điện được thiết kế và xây dựng. Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, cùng với những kiến thức được học tại Trường đại học Bách Khoa Hà Nội, em đã nhận được đề tài thiết kế môn học : Thiết kế Hệ Thống Cung Cấp Điện cho Nhà máy cơ khí công nghiệp địa phương. Đây là một đề tài thiết kế rất bổ ích, vì thực tế những nhà máy Công nghiệp Địa phương ở nước ta vẫn còn đang trong giai đoạn phát triển, tìm tòi, hoàn thiện và đi lên. Trong thời gian làm bài tập dài vừa qua, với sự cố gắng nỗ lực của bản thân, cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn Phan Đăng Khải, em đã hoàn thành xong bài tập môn học của mình. Một lần nữa, em xin gửi đến cô Nguyễn Thị Thanh Ngân, cùng các thầy cô giáo trong bộ môn: CUNG CẤP ĐIỆN lòng biết ơn sâu sắc nhất. Vinh, ngày tháng năm 2011 Sinh viên LÊ NGỌC NHU CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY Nhà máy cơ khí công nghiệp địa phương là nhà máy có 100% vốn đầu tư của Nhà nước, do địa phương quản lý, có nhiệm vụ sản xuất các loại máy công cụ, phục vụ cho nhu cầu của địa phương và các vùng lân cận. Toàn bộ khuôn viên nhà máy rộng gần 20.000 m
, nằm ở phía Bắc thành phố Hà Nội. Đây là một nhà máy lớn với tổng công suất hơn 9000 kW bao gồm 9 phân xưởng, làm việc 3 ca. Như chúng ta đã biết, ngành cơ khí là một ngành sản xuất hết sức quan trọng, đóng vai trò then chốt trong nền kinh tế quốc dân.Kinh tế càng phát triển thì nhu cầu cũng như yêu cầu về chất lượng với các máy móc cơ khí càng tăng.Với nhiệm vụ là nhà máy chế tạo ra các loại máy công cụ, nhà máy cơ khí số I đóng vai trò rất quan trọng đối với lĩnh vực sản xuất công nghiệp trong cả nước.Do tầm quan trọng của nhà máy như vậy, nên khi thiết kế cung cấp điện, nhà máy được xếp vào hộ tiêu thụ loại I, đòi hỏi độ tin cậy cấp điện cao nhất.Trong phạm vi nhà máy, các phân xưởng tùy theo vai trò và qui trình công nghệ, được xếp vào hộ tiêu thụ loại I: các phân xưởng quan trọng nằm trong dây chuyền sản xuất khép kín, hoặc loại II: các phân xưởng phụ, bộ phận hành chính … Năng lượng điện cung cấp cho nhà máy được lấy từ hệ thống lưới điện quốc gia thông qua trạm biến áp trung gian cách nhà máy 12km.Về phụ tải điện : do sản xuất theo dây chuyền, nên hệ thống phụ tải của nhà máy phân bố tương đối tập trung, đa số phụ tải của nhà máy là các động cơ điện, có cấp điện áp chủ yếu là 0,4 kV; có một số ít thiết bị công suất lớn làm việc ở cấp điện áp 3 kV: lò nhiệt, các động cơ công suất lớn …Tương ứng với qui trình và tổ chức sản xuất, thời gian sử dụng công suất cực đại của nhà máy Tmax=5000 giờ. Trong chiến lược sản xuất và phát triển, nhà máy sẽ thường xuyên nâng cấp, cải tiến qui trình kỹ thuật, cũng như linh hoạt chuyển sang sản xuất cả các sản phẩm phù hợp với nhu cầu của nền kinh tế.Do vậy, trong quá trình thiết kế cung cấp điện, sẽ có sự chú ý đến yếu tố phát triển, mở rộng trong tương lai gần 2-3 năm cũng như 5-10 năm của nhà máy . Danh sách và công suất lắp đặt của nhà máy cho trong bảng 1.1 Số trên mặt bằng  Tên phân xưởng  Công suất đặt kW   1  Phòng thí nghiệm  1200   2  Phân xưởng số 3  800   3  Phân xưởng số 4  Theo tính toán   4  Phân xưởng sữa chữa cơ khí  600   5  Lò ga  400   6  Phân xưởng rèn  450   7  Bộ phận nén ép  230   8  Trạm bơm  80   9  Chiếu sáng phân xưởng  130   Bảng 1.1- Danh sách các phân xưởng và nhà làm việc trong nhà máy II. NỘI DUNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHÍNH. Hệ thống cung cấp điện hiểu theo nghĩa rộng bao gồm: các khâu phát điện, truyền tải và phân phối điện năng.Đối với nhà máy đang xét, hệ thống cung cấp điện hiểu theo nghĩa hẹp là: hệ thống truyền tải và phân phối điện năng, làm nhiệm vụ cung cấp điện cho một khu vực nhất định.Nguồn của hệ thống cung cấp này lấy từ hệ thống lưới điện quốc gia với cấp thích hợp ( thường dùng cấp điện áp từ trung bình trở xuống : 35 kV, 10kV, 6kV). Việc thiết kế cung cấp điện với mục tiêu cơ bản là : đảm bảo cho hộ tiêu thụ có đủ lượng điện năng yêu cầu, với chất lượng điện tốt.Các yêu cầu chính đối với một hệ thống cung cấp điện được thiết kế bao gồm: độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện,an toàn cung cấp điện, kinh tế. Tùy theo qui mô của công trình lớn hay nhỏ, mà các thiết kế có thể phân ra cụ thể hoặc gộp một số bước với nhau. Mỗi giai đoạn và vị trí thiết kế lại có các phương án riêng phù hợp . Đối với nhà máy cơ khí địa phương, các bước thiết kế hệ thống cung cấp điện gồm: 1.Xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng và toàn nhà máy. 2.Thiết kế mạng điện hạ áp cho phân xưởng sửa chữa cơ khí 3.Thiết kế mạng điện cao áp cho toàn nhà máy : Chọn số lượng, dung lượng và vị trí lắp đặt các trạm biến áp phân xưởng. Chọn số lượng, dung lượng và vị trí lắp đặt các trạm biến áp trung gian (Trạm biến áp xí nghiệp ) hoặc trạm phân phối trung tâm . Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy . 4.Tính toán bù công suất phản kháng cho HTCCĐ của nhà máy. 5.Thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng sửa chữa cơ khí . III. CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO. Trường ĐHBK Hà Nội- Bộ môn phát dẫn điện - Giáo trình cung cấp điện xí nghiệp công nghiệp : năm 1978. Nguyễn Văn Đạm –Phan Đăng Khải : Mạng và hệ thống điện: 1992. Ngô Hồng Quang – Vũ Văn Tẩm : Thiết kế cấp điện : NXB KHKT 2001. Nguyễn Công Hiền (chủ biên)-Nguyễn Mạnh Hoạch: Hệ thống cung cấp điện của xí nghiệp công nghiệp, đô thị và nhà cao tầng: : NXB KHKT -2001. CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA CÁC PHÂN XƯỞNG VÀ TOÀN NHÀ MÁY §2.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải thực tế (biến đổi ) về mặt hiệu quả phát nhiệt hoặc mức độ hủy hoại cách điện. Nói cách khác, phụ tải tính toán cũng đốt nóng thiết bị lên đến nhiệt độ tương tự như phụ tải thực tế gây ra, vì vậy chọn các thiết bị theo phụ tải tính toán sẽ đảm bảo an toàn cho thiết bị về mặt phát nóng . Phụ tải tính toán (PTTT),được sử dụng để lựa chọn và kiểm tra các thiết bị trong hệ thống cung cấp điện như: máy biến áp, dây dẫn, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ…PTTT còn được dùng để tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng, tổn thất điện áp, lựa chọn dung lượng bù công suất phản kháng…PTTT 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 PTTT xác định được nhỏ hơn phụ tải thực tế thì sẽ làm giảm tuổi thọ của thiết bị điện, có khả năng dẫn đến cháy nổ…Ngược lại, các thiết bị được chọn nếu dư thừa công suất sẽ làm ứ đọng vốn đầu tư, gia tăng tổn thất…Cũng vì vậy, đã có nhiều công trình nghiên cứu về phương pháp xác định PTTT, song cho đến nay vẫn chưa có được phương pháp nào thật hoàn thiện.Những phương pháp có kết quả đủ tin cậy thì lại quá phức tạp, khối lượng tính toán và các thông tin ban đầu đòi hỏi quá lớn và ngược lại.Có thể đưa ra đây một số phương pháp thường sử dụng nhiều hơn cả để xác định PTTT khi quy hoạch và thiết kế hệ thống cung cấp điện: 1. Phương pháp xác định phụ tải tính toán (PTTT) theo công suất đặt và hệ số nhu cầu k
P
= k
.P
Trong đó : k
- 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 P
=Pđm (kW). 2.Phương pháp xác định PTTT theo hình dáng của đồ thị phụ tải và công suất trung bình : P
= k
.P
Trong đó: k
- hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải, tra trong sổ tay kĩ thuật . P
- công suất trung bình của thiết bị hoặc nhóm thiết bị (kW). Ptb
3.Phương pháp xác định PTTT theo công suất trung bình và độ lệch của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình : P
Trong đó : P
-công suất trung bình của thiết bị hoặc 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 PTTT theo công suất trung bình và hệ số cực đại
Trong đó : P
-công suất định mức của thiết bị hoặc nhóm thiết bị(kW).. k
-hệ số cực đại, tra trong sổ tay kĩ thuật theo quan hệ : k
k
-hệ số sử dụng, tra trong sổ tay kĩ thuật . n
-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:
Trong đó : a
-suất chi phí điện năng cho một đơn vị sản phẩm (kWh/đvsp). M-số sản phẩm sản xuất được trong một năm. T
-thời gian sử dụng công suất lớn nhất (h) Phương pháp này thường được dùng để xác định PTTT cho các XNCN có số phụ tải ít, sản xuất tương đối ổn định. 6.Phương pháp xác định PTTT theo suất trang bị điện trên đơn vị diện tích: P
Trong đó: po-suất trang bị điện trên một đơn vị diện tích (W/m
). F -diện tích bố trí thiết bị (m
). 7.Phương pháp tính trực tiếp. Trong các phương pháp trên, 3 phương pháp :1,5&6 là dựa trên kinh nghiệm thiết kế và vận hành để xác định PTTT nên chỉ cho kết quả gần đúng .Tuy nhiên, chúng khá đơn giản và tiện lợi.Các phương pháp còn lại 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 lượng tính toán lớn và phức tạp. Tùy 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 bài tập này, với phân xưởng sửa chữa 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 PTTT 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 Phân xưởng sửa chữa cơ khí là phân xưởng sửa chữa số 4 trong sơ đồ mặt bằng nhà máy. Phân xưởng có diện tích bố trí thiết bị là 75x44(m
). Trong phân xưởng có 22 thiết bị, công suất của các thiết bị rất khác nhau, thiết bị có công suất lớn nhất là 9 kW (máy tiện ren IX620), song cũng có những thiết bị có công suất rất nhỏ (0,65kW). Phần lớn các thiết bị có chế độ làm việc dài hạn.Những đặc điểm này cần được quan tâm khi phân nhóm phụ tải, xác định PTTT và lựa chọn phương án thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng. I.Giới thiệu phương pháp xác định PTTT theo công suất trung bình Ptb và kmax (còn gọi là phương pháp số thiết bị dùng điện hiệu quả nhq): Theo phương pháp này , PTTT được xác định theo biểu thức: P
Trong đó : P
- công suất định mức của thiết bị thứ i trong nhóm . n - số thiết bị trong nhóm. k
- hệ số sử dụng , tra trong sổ tay kĩ thuật. Nếu k
sai khác nhau nhiều thì xác định giá trị trung bình :
k
- hệ số cực đại , tra trong sổ tay kĩ thuật theo quan hệ: k
n
- số thiết bị dùng điện hiệu quả. Số thiết bị dùng điện hiệu quả nhq là số thiết bị có cùng công suất, cùng chế độ làm việc, gây ra một hiệu quả phát nhiệt (hoặc mức độ hủy hoại cách điện ) đúng bằng phụ tải thực tế (có công suất và chế độ làm việc khác nhau…) gây ra trong quá trình làm việc, nhq được xác định bằng biểu thức tổng quát sau:
(làm tròn số) Trong đó: P
-công suất danh định của thiết bị thứ i trong nhóm . n -số thiết bị có trong nhóm. Khi n lớn thì việc xác định nhq theo biểu thức trên khá phức tạp, nên có thể xác định n
theo các phương pháp gần đúng, với sai số tính toán nằm trong khoảng
%. a.Trường hợp m=
và k
thì n
Chú ý, nếu trong nhóm có n
thiết bị mà tổng công suất của chúng không lớn hơn 5% tổng công suất của cả nhóm thì :
Trong đó: P
-công suất danh định của thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm . P
-công suất danh định của thiết bị có công suất nhỏ nhẩt trong nhóm. b.Trường hợp m >3 và k
n
sẽ được xác định theo biểu thức: n
c.Khi không áp dụng được các trường hợp trên , việc xác định n
phải được tiến hành theo trình tự: Trước hết tính : n
P
Trong đó: n – số thiết bị trong nhóm. n
- số thiết bị có công suất không nhỏ hơn một nửa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất. P và P
:tổng công suất của n và n
thiết bị. Sau khi tính được n* và P*, tra sổ tay kĩ thuật ta tìm được: n
Từ đó, tính được nhq theo công thức ; n
Khi xác định được phụ tải tính toán theo phương pháp số thiết bị dùng điện hiệu quả nhq, trong một số trường hợp cụ thể có thể dùng các công thức gần đúng sau: Nếu n
và n
PTTT được tính theo công thức: P
Nếu n>3 và n
PTTT được tính theo công thức: P
Trong đó : k
-hệ số phụ tải của thiết bị thứ i.Nếu không có số liệu chính xác,hệ số phụ tải có thể lấy gần đúng như sau: k
: đối với thiết bị làm việc dài hạn. k
: đối với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. Nếu n>300 và k
PTTT được tính theo công thức: P
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: P
Nếu trong mạng có các thiết bị một pha cần phải phân