Đồ án Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy luyện kim màu

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO NHÀ MÁY LUYỆN KIM MÀU ĐẦU ĐỀ THIẾT KẾ Thiết kế cung cấp điện cho nhà máy công nghiệp luyện kim màu CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU Phụ tải nhà máy ( hình 1, bảng 1 )
Hình 1: Sơ đồ mặt bằng của toàn nhà máy STT  Tên phân xưởng  Công suất đặt (KW)  Loại hộ tiêu thụ  Knc   1  Phân xưởng (PX) luyện kim  3500  I    2  PX lò Martin  3000  I    3  PX máy cán phôi tấm  1800  I    4  PX cán nóng  2400  I    5  PX cán nguội  2500  I    6  PX tôn  2000  I    7  PX sửa chữa cơ khí  Theo tính toán  III    8  Trạm bơm  800  I    9  Ban quản lý và PTN  400  III    10  Chiếu sáng phân xưởng  Theo diện tích     Bảng 1: Phụ tải của nhà máy luyện kim màu Phụ tải điện của phân xưởng sửa chữa cơ khí ( hình 2 ,bảng 2) Điện áp nguồn : Uđm =35KV Dung lượng ngắn mạch về phía hạ áp của trạm biến áp khu vực: 250 MVA 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 : 12km Công suất của nguồn điện: vô cùng lớn Nhà máy làm việc 3 ca , Tmax =300( 10+a) ( trong đó : số thứ tự của sinh viên trong nhóm ) III NỘI DUNG CÁC PHẦN THUYẾT MINH VÀ TÍNH TOÁN Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí và toán 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. IV CÁC HÌNH VẼ YÊU CẦU Biểu đồ phụ tải toàn nhà máy Các phương án thiết kế mạng điện cho toàn nhà máy Sơ đồ nguyên lý mạng điện cao áp của toàn 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. PHẦN I: THIẾT KẾ CAO ÁP CHO NHÀ MÁY LUYỆN KIM MÀU CHƯƠNG I XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA PHÂN XƯỞNG SỬA CHỮA CƠ KHÍ VÀ TOÀN NHÀ MÁY 1.1 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán: Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải thực tế về mặt hiệu quả phát nhiệt hoặc mức độ huỷ hoại cách điện. Nói cách khác, phụ tải tính toán cũng đốt nóng thiết bị lên tới 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 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 dẫn, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ … tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng, tổn thất điện áp; lựa chọn dung lượng 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 thiết bị điện, ngược lại nếu phụ tải tính toán xác định được lớn hơn phụ tải thực tế thì gây ra dư thừa công suất, 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 phụ tải tính toán, song cho đến nay vẫn chưa có được phương phương pháp nào thật hoàn thiện. Những phương pháp cho kết quả đủ tin cậy thì lại quá phức tạp, khối lượng tính toán và các thông tin ban đầu về phụ tải lại quá lớn. Ngược lại những phương pháp tính đơn giản lại có kết quả có độ chính xác thấp. Sau đây là một số phương pháp thường dùng để xác định phụ tải tính toán khi quy hoạch thiết kế hệ thống cung cấp điện: + Phương pháp xác định phụ tải tính toán (PTTT) theo công suất đặt và hệ số nhu cầu: Ptt = knc.Pđ Trong đó : knc : là hệ số nhu cầu , tra trong sổ tay kĩ thuật . Pđ : là công suất đặt của thiết bị hoặc nhóm thiết bị , trong tính toán có thể lấy gần đúng Pđ
Pdđ (kW) . + Phương pháp xác định PTTT theo công suất công suất trung bình và hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải : Ptt = khd . Ptb Trong đó : khd : là hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải tra trong sổ tay kĩ thuật khi biết đồ thị phụ tải . Ptb : là công suât trung bình của thiết bị hoặc nhóm thiết bị (kW) . + 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 :
: là độ lệch của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình .
: là hệ số tán xạ của
. + Phương pháp xác định PTTT theo công suất trung bình và hệ số cực đại : Ptt = kmax.Ptb = kmax.ksd.Pdđ Trong đó : Pdđ :là công suất danh định của thiết bị hoặc nhóm thiết bị (kW) kmax: là hệ số cực đại, tra trong sổ tay kĩ thuật theo quan hệ kmax = f(nhq,ksd) ksd : là hệ số sử dụng tra trong sổ tay kĩ thuật . nhq: là số thiết bị dùng điện hiệu quả. + Phương pháp xác định PTTT theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm : Ptt =
Trong đó : a0: là suất chi phí điện năng cho một đơn vị sản phẩm, kWh/đvsp. M: là số sản phẩm sản suất trong một năm . Tmax: là thời gian sử dụng công suất lớn nhất , (h) + Phương pháp xác định PTTT theo suất trang bị điện trên một đơn vị diện tích: Ptt = p0 . F Trong đó : p0 : là suất trang bị điện trên một đơn vị diện tích , (W/m2) . F : là diện tích bố trí thiết bị , (m2) . + Phương pháp tính trực tiếp : Là phương pháp điều tra phụ tải trực tiếp để xác định PTTT áp dụng cho hai trường hợp: - Phụ tải rất đa dạng không thể áp dụng phương pháp nào để xác định phụ tải tính toán. - Phụ tải rất giống nhau và lặp đi lặp lại ở các khu vực khác nhau như phụ tải ở khu chung cư . + 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 đang làm việc bình thường và được tính theo công thức sau: Iđn = Ikđ max + (Itt - ksd . Iđm max) Trong đó: Ikđ (max): là dòng khởi động của thiết bị có dòng khởi động lớn nhất trong nhóm máy. Itt: là dòng điện tính toán của nhóm máy. Iđm (max): là dòng định mức của thiết bị đang khởi động. ksd: là hệ số sử dụng của thiết bị đang khởi động. Trong các phương pháp trên, 3 phương pháp 4,5,6 dựa trên kinh nghiệm thiết kế và vận hành để xác định PTTT nên chỉ cho 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 lượng tính toán hơn và phức tạp. Trong bài tập dài này với phân xưởng SCCK ta đã biết vị trí, công suất đặt, và các 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 toán 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. 1.2 Xác định phụ tải tính toán cho phân xưởng sửa chữa cơ khí: Vì đã có thông tin chính xác về mặt bằng bố trí máy móc thiết bị biết được công suất và quá trình công nghệ của từng thiết bị nên ta xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số cực đại.Theo phương pháp này phụ tải tính toán được xác định như sau: Ptt = kmax. Ptb = kmax. ksdi.Pđmi 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 kĩ thuật. kmax: Hệ số cực đại, tra trong sổ tay kĩ thuật theo quan hệ: kmax = f(nhq, ksd) nhq: Số thiết bị dùng điện hiệu quả. Số thiết bị dùng điện hiệu quả nhq (số thiết bị quy đổi) là số thiết bị có cùng công suất, cùng chế độ làm việc gây ra hiệu quả phát nhiệt (hoặc mức độ phá huỷ cách điện) đối với dây dẫn đúng bằng số thiết bị thực tế có công suất và chế dộ làm việc khác nhau gây ra trong quá trình làm việc, nhq được xác định bằng biểu thức thực tế sau:
Trong đó Pđmi: Công suất định của thiết bị thứ i trong nhóm. n: Số thiết bị trong nhóm. Việc xác định nhq theo biểu thức lượng trên khá phức tạp nên có thể xác định nhq theo các phương pháp gần đúng sau:
- Trường hợp: m ( 3 và ksd ( 0,4 nhq = n Trong đó Pđmmax: Công suất của thiết bị có công suất định mức lớn nhất trong nhóm nhq: Công suất của thiết bị có định mức nhỏ nhất trong nhóm Chú ý: khi xác định nhq có thể bỏ qua các thiết bị có tổng công suất < 5% tổng công suất của nhóm thiết bị . - Trưòng hợp: m > 3 và ksd ( 0,2
Khi không áp dụng được các phương pháp trên, việc xác định nhq phải được xác định theo trình tự : Trước hết tính:

Trong đó P1: Tổng công suất của n1 thiết bị P: Tổng công suất của n thiết bị Sau khi tính được n* và P* tra theo bảng sổ tay kĩ thuật ta tìm được: n*hq = f(n*, P*) Từ đó xác định nhq theo công thức : nhq = n*hq.n Để phân nhóm phụ tải ta dựa vào nguyên tắc sau: + Các thiết bị trong 1 nhóm phải có vị trí gần nhau trên mặt bằng (điều này sẽ thuận tiện cho việc đi dây tránh chồng chéo, giảm tổn thất ...). + Các thiết bị trong nhóm nên có cùng chế độ làm việc (điều này sẽ thuận tiện cho việc tính toán và CCĐ sau này ví dụ nếu nhóm thiết bị có cùng chế độ làm việc, tức có cùng đồ thị phụ tải vậy ta có thể tra chung được ksd, knc; cosφ; ...). + Các thiết bị trong các nhóm nên được phân bổ để tổng công suất của các nhóm ít chênh lệch nhất (điều này nếu thực hiện được sẽ tạo ra tính đồng loạt cho các trang thiết bị CCĐ). + Ngoài ra số thiết bị trong cùng một nhóm cũng không nên quá nhiều vì số lộ ra của một tủ động lực cũng bị không chế (thông thường số lộ ra lớn nhất của các tủ động lực được chế tạo sẵn cũng không quá 8). Tuy nhiên khi số thiét bị của một nhóm quá nhiều cũng sẽ làm phức tạp hoá trong vận hành và làm giảm độ tin cậy CCĐ cho từng thiết bị. Dựa theo nguyên tắc phân nhóm phụ tải điện đã nêu ở trên và căn cứ vào vị trí, công suất thiết bị bố trí trên mặt bằng phân xưởng có thể chia các thiết bị trong phân xưởng Sửa chữa cơ khí thành: 4 nhóm phụ tải. Kết quả phân nhóm phụ tải điện được trình bày ở bảng sau: Bảng 2.1 : Tổng hợp kết quả phân nhóm phụ tải điện TT  Tên thiết bị  SL  Kí hiệu trên hình  Nhãn máy  Pđm (KW)  Iđm(A)        1 máy  Toàn bộ    BỘ PHẬN SỬA CHỮA CƠ KHÍ   NHÓM I   1  Máy tiện ren  2  1  IA62  7  14    2  Máy tiện ren  1  2  1616  4,5  4,5    3  Máy tiện ren  2  3  IE6EM  3,2  6,4    4  Máy phay vạn năng  1  7  6H81  4,5  4,5    5  Máy bào ngang  1  8  7A35  5,8  5,8    6  Máy mài tròn vạn năng  1  9  3130  2,8  2,8    7  Máy mài phẳng  1  10  -  4  4    Cộng nhóm  9     24    NHÓM II   1  Máy tiện ren  1  1  IA62  7  7    2  Máy cưa  1  11  872A  2,8  2,8    3  Máy mài hai phía  1  1  -  2,8  2,8    4  Máy tiện ren  1  11   10  10    Cộng nhóm  4     22,6    NHÓM III   1  Máy tiện ren  1  1  IA62  7  7    2  Máy tiện ren  1  4   10  10    3  Máy khoan đứng  1  5  2A125  2,8  2,8    4  Máy khoan đứng  1  6  2A150  7  7    5  Máy cưa  1  11  872A  2,8  2,8    6  Máy mài hai phía  1  12  -  2,8  2,8    Cộng nhóm  6     32,4    NHÓM IV   1  Máy tiện ren  1  2  1616  4,5  4,5    2  Máy tiện ren  2  3  IE6EM  3,2  6,4    3  Máy khoan bàn  6  13  HC-12A  0,65  3,9    Cộng nhóm  9     14,8    BỘ PHẬN DỤNG CỤ   NHÓM V   1  Máy tiện ren  4  1  IK625  10  40    2  Máy doa ngang  1  4  2614  4,5  4,5    3  Máy giũa  1  26  -  1  1    4  Máy mài sắc các dao cắt gọt  1  27  3A625  2,8  2,8    Cộng nhóm  7     48,3    NHÓM VI   1  Máy phay vạn năng  2  5  -  7  14    2  Máy phay ngang  1  6   4,5  4,5    3  Máy phay chép hình  1  11  64616  3  3    4  Máy bào ngang  2  12  7M36  7  14    5  Máy bào giường 1 trụ  1  13  MC38  10  10    6  Máy phay chép hình  1  7   5,62  5,62    Cộng nhóm  8     51,12    NHÓM VII   1  Máy doa tọa độ  1  3  2450  4,5  4,5    2  Máy phay đứng  2  8  6H12  7  14    3  Máy phay chép hình  1  9  642  1  1    4  Máy xọc  2  14  7M430  7  14    5  Máy khoan đứng  1  16  2A125  4,5  4,5    6  Máy mài tròn vạn năng  1  18  312M  2,8  2,8    7  Máy mài phẳng có trục đứng  1  19  373  10  10    8  Máy epa thủy lực  1  21  -  4,5  4,5    Cộng nhóm  9     58,3    NHÓM VIII   1  Máy tiện ren  4  2  IK620  10  40    2  Máy phay chép hình  1  10  6461  0,6  0,6    3  Máy mài tròn  1  17  36151  7  7    4  Máy mài phẳng có trục cằm  1  20  371M  2,8  2,8    5  Máy khoan bàn  1  22  HC-12  0,65  0,65    6  Máy mài sắc  2  23  -  2,8  5,6    Cộng nhóm  10     56,65    Bảng 1.1 : Phân nhóm phụ tải của phân xưởng sửa chữa cơ khí 1.2.1. Các phương pháp xác định phụ tải tính toán: - Theo công suất trung bình và hệ số cực đại. - Theo công suất đặt và hệ số nhu cầu. Vì đã biết được khá nhiều thông tin về phụ tải, có thể xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số cực đại. Do đó phụ tải tính toán được xác định như sau: Ptt = kmax.ksd.(Pdđi Trong đó : ksd : là hệ số sử dụng của nhóm thiết bị, tra bảng kmax : là hệ số cực đại, tra bảng theo hai đại lượng ksd và nhq nhq : là số thiết bị dùng hiệu quả. Với phân xưởng sửa chữa cơ khí có ksd = 0,14 ( 0,2 và cos( = 0,5 ( 0,6 (tra PL1.1) Nên ta chọn ksd = 0,15 và cos( = 0,6. Khi số lượng thiết bị lớn thì việc xác định phụ tải tính toán theo công thức trên là khá phức tạp, vì vậy ta có thể tính theo phương pháp gần đúng với sai số tính toán nằm trong khoảng <10%. 1.2.2. Xác định phụ tải tính toán cho các nhóm phụ tải Nhóm I : Tổng số thiết bị trong nhóm I là : n=8, Tổng công suất của nhóm 1 là : P

=24 KW Số thiết bị có công suất

Pmax là n1 =1; Tổng công suất của số thiết bị có P

Pmax là P1=14 KW n* =
P*=
Tra bảng (PL1.4) ta được n*hq= 0,4
nhq=0,4.8=3,2, Tra bảng PL1.5 với Ksd = 0,15, nhq = 3,2 ta được Kmax= 3 Phụ tải tính toán nhóm 1 là : Ptt =Kmax . Ksd. P
=3.0,15.24=10,8 KW, Qtt= Ptt.tg
= 10,8 .1,33=14,4 KVAr, Stt=
KVA Itt =
=
Tính toán tương tự đối với các nhóm phụ tải còn lại ( ghi trên bảng 1.2) 1.2.3 Xác định phụ tải chiếu sáng của toàn phân xưởng Phụ tải chiếu sáng được tính theo công suất chiếu sáng trên một đơn Công thức tính : Pcs =p0. F Trong đó : P0: là suất phụ tải chiếu sáng trên đơn vị diện tích (W/m2) F : là diện tích cần được chiếu sáng (m2) Diện tích chiếu sáng toàn phân xưởng F = 410 (m2) Suất phụ tải chiếu sáng chung cho phân xưởng sửa chữa cơ khí là p0 =16 (W/m2) (tra PL1.7) vì trong phân xưởng SCCK hệ thống chiếu sáng sử dụng đèn sợi đốt Như vậy phụ tải chiếu sáng của toàn phân xưởng là: Pcs =p0( F =15(410=6150 W= 6,15 kW Qcs=Pcs(tg(cs=0 (đèn sợi đốt cos(cs=1). Phụ tải tính toán của toàn phân xưởng sửa chữa cơ khí Ppx=Kdt.
Phụ tải tính toán của toàn phân xưởng: Ppx= 0,8(10,8+11,865+14,58+6,66+18,11+18,79+18,56+21,24) =96,484 KW Qpx= 0,8(14,4+15,78+19,39+8,86+24,1+25+24,7+28,25) =128,384 KVAr Phụ tải toàn phân xưởng kể cả chiếu sáng Sttpx=

=164,34 KVA Ittpx =
cos
px=
=0,624 TT  Tên thiết bị  SL  KH  P(KW)  Iđm (A)  Ksd  Cos/tg  nhq  Kmax  Ptt  Qtt  Stt       1 máy  Toàn bộ           NHÓM I   1  Máy tiện ren  2  1  7  14   0,15  0,6/1,33        2  Máy tiện ren  1  2  4,5  4,5   0,15  0,6/1,33        3  Máy tiện ren  2  3  3,2  6,4   0,15  0,6/1,33        4  Máy phay vạn năng  1  7  4,5  4,5   0,15  0,6/1,33        5  Máy bào ngang  1  8  5,8  5,8   0,15  0,6/1,33        6  Máy mài tròn vạn năng  1  9  2,8  2,8   0,15  0,6/1,33        7  Máy mài phẳng  1  10  4  4   0,15  0,6/1,33        Cộng nhóm  9    24     3,2  3  10,8  14,4  18   NHÓM II   1  Máy tiện ren  1  1  7  7   0.15  0,6/1,33        2  Máy cưa  1  11  2,8  2,8   0,15  0,6/1,33        3  Máy mài hai phía  1  1  2,8  2,8   0,15  0,6/1,33        4  Máy tiện ren  1  11  10  10   0,15  0,6/1,33        Cộng nhóm  4    22,6     3,28  3,5  11,865  15,78  19,775   NHÓM III   1  Máy tiện ren  1  1  7  7   0,15  0,6/1,33        2  Máy tiện ren  1  4  10  10   0,15  0,6/1,33        3  Máy khoan đứng  1  5  2,8  2,8   0,15  0,6/1,33        4  Máy khoan đứng  1  6  7  7   0,15  0,6/1,33        5  Máy cưa  1  11  2,8  2,8   0,15  0,6/1,33        6  Máy mài hai phía  1  12  2,8  2,8   0,15  0,6/1,33        Cộng nhóm  6    32,4     4,5  3  14,58  19,39  24,3   NHÓM IV   1  Máy tiện ren  1  2  4,5  4,5   0,15  0,6/1,33        2  Máy tiện ren  2  3  3,2  6,4   0,15  0,6/1,33        3  Máy khoan bàn  6  13  0,65  3,9   0,15  0,6/1,33        Cộng nhóm  9    14,8     4,5  3  6,66  8,86  11,1   BỘ PHẬN DỤNG CỤ   NHÓM V   1  Máy tiện ren  4  1  10  40   0,15  0,6/1,33        2  Máy doa ngang  1  4  4,5  4,5   0,15  0,6/1,33        3  Máy giũa  1  26  1  1   0,15  0,6/1,33        4  Máy mài sắc các dao cắt gọt  1  27  2,8  2,8   0,15  0,6/1,33        Cộng nhóm  7    48,3     4,75  2,5  18,11  24,1  30,2   NHÓM VI   1  Máy phay vạn năng  2  5  7  14   0,15  0,6/1,33        2  Máy phay ngang  1  6  4,5  4,5   0,15  0,6/1,33        3  Máy phay chép hình  1  11  3  3   0,15  0,6/1,33        4  Máy bào ngang  2  12  7  14   0,15  0,6/1,33        5  Máy bào giường 1 trụ  1  13  10  10   0,15  0,6/1,33        6  Máy phay chép hình  1  7  5,62  5,62   0,15  0,6/1,33        Cộng nhóm  8    51,12     7,2  2,45  18,79  25  31,3   NHÓM VII   1  Máy doa tọa độ  1  3  4,5  4,5