Đề tài Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy sản xuất gạch men SHIJAR

cấp điện ... Vì vậy tính toán ngắn mạch là phần không thể thiếu được khi thiết kế hệ thống cung cấp điện. * Nguyên nhân gây ngắn mạch : - Tác động cơ học : cây đổ, gãy, giông bão ... - Tác động bên trong : cách điện hỏng bởi dùng quá nhiệt. * Hậu quả : - Làm phát nóng các bộ phận có dòng ngắn mạch (IN) đi qua dây dẫn làm hư hỏng thiết bị - Có thể sinh ra một lực điện động => có thể phá hủy độ bền cơ học của khí cụ. - Làm mất điện gây nên thiệt hại về kinh tế. - Phá hủy tính đồng bộ của hệ thống. 2. Phương pháp tính dòng điện ngắn mạch : * Mục đích : - Tính dòng ngắn mạch để chúng ta chọn thiết bị và khí cụ bảo vệ cho hệ thống, tự động xác lập chế độ ổn định. * Phương pháp xác định dòng ngắn mạch. Chọn vị trí điểm ngắn mạch. Xác lập sơ đồ làm việc. Đơn giản sơ đồ đẳng trị (làm việc ). Tính toán dòng ngắn mạch. CHƯƠNG III : TÍNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT GẠCH I. ĐẶC ĐIỂM PHÂN XƯỞNG : - Giới thiệu phân xưởng : Phân xưởng sản xuất gạch men là nơi có những hoạt động vừa chính xác, vừa có những chấn động nặng, số lượng công nhân không đông lắm, nhà máy làm việc ba ca. Năng suất sản phẩm của phân xưởng đạt 7 ¸8 ngàn mét khối trong ngày. - Diện tích : + Hình dạng : mặt bằng hình chữ nhật. + Chiều rộng : 45 mét. + Chiều dài : 80 mét. + Diện tích : 80 x 45 = 3600m2. - Vị trí đặt máy biến áp : Trạm biến áp của phân xưởng được đặt ngoài trời, phân xưởng chỉ có các tủ điện phân phối và động lực. + Điều kiện nhiệt độ : là phân xưởng không có các thiết bị sinh nhiệt, nên nhiệt độ là nhiệt độ môi trường trung bình ở khu vực miền Đông Nam Bộ từ 28 ¸ 380C. + Điều kiện khác : Phân xưởng có nhiều động cơ kéo băng tải bột, rulô, máy dập ... nên có nhiều bụi đất. Vì vậy các hệ thống điện cần phải được che chắn, môi trường có nhiều chấn động do các hoạt động nặng như khu vực máy dập, động cơ rung sàn bột ..., ta cần chú ý đến các phần tử nối chặt trong hệ thống đường dây. - Tường phân xưởng : + Tường phân xưởng sản xuất gạch men cao 5 mét, xung quanh có gắn cửa sổ kiếng có hệ số phản xạ rtường = 0,30. + Trần cao 5 mét có hệ số phản xạ rtrần = 0,5. + Chiều cao treo đèn là H = 4,5m. +Mức độ rọi tối thiểu(Emin) trong phân xưởng sản xuất gạch men là Emin = 150Lux. - Nhóm máy : + Phân xưởng có : 96 máy và động cơ => n = 96 máy. + Với số lượng máy ở trên được phân thành 6 nhóm như ở bảng 1.4.1b. II. MẶT BẰNG PHỤ TẢI VÀ THÔNG SỐ PHỤ TẢI CỦA PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT GẠCH MEN Mặt bằng phụ tải : (Hình 3.1). Thông số phụ tải : (Bảng 1.4.1a). III. PHỤ TẢI TÍNH TOÁN PHÂN XƯỞNG - Hiện nay có nhiều phương pháp tính toán phụ tải, thông thường những phương pháp đơn giản việc tính toán thuận tiện lại cho kết quả không chính xác. Còn việc tính toán chính xác thì đòi hỏi nhiều thời gian, phức tạp hơn. Do đó tùy theo yêu cầu cụ thể, nên chọn phương pháp tính thích hợp. Ở phạm vi luận văn này chọn phương pháp số thiết bị hiệu qủa để tính toán phụ tải động lực của phân xưởng theo từng nhóm thiết bị đã chia trước. Phụ tải điện của phân xưởng sản xuất gạch men gồm phụ tải động lực và phụ tải chiếu sáng. + Phụ tải động lực chủ yếu là các động cơ, máy nghiền, máy bơm ... + Phụ tải chiếu sáng gồm các loại đèn chiếu sáng cho phân xưởng như cao áp, huỳnh quang, nung sáng ... å n i =1 Căn cứ vào vị trí lắp đặt, tính chất và chế độ làm việc của các thiết bị được chia ra làm 6 nhóm máy (ở chương trước). Theo phương pháp tính toán nêu ở chương II để tính phụ tải tính toán ta áp dụng công thức : Ptt = Kmax.Ksd. Pđmi IV. TÍNH PHỤ TẢI (Ptt) TỪNG NHÓM 1. Phụ tải tính toán động lực của phân xưởng : Để tìm hệ số sử dụng (Ksd) của phân xưởng ta dựa vào đồ thị phụ tải ngày để tính toán theo công thức : P1t1 + P2t2 + ...+ Pntn Pđm(t1 + t2 + ... + tn) Ksd = Ksd = 0,8 a. Tính toán cho nhóm máy 1 : STT Tên máy Số lượng Công suất P(KW) cosj Ksd 1 2 3 Máy nghiền Băng tải Máy khuấy bùn 4 4 3 150.4 = 600 5,5.4 = 22 5,5 . 3 = 16,5 0,86 0,72 0,75 0,8 0,8 0,8 Cộng nhóm 1 11 638,5 å 11 i =1 Tổng số máy n = 11. Tổng công suất : Pđmi = 638,5KW. 150 2 Công suất lớn nhất của một thiết bị trong 11 thiết bị là Pmax = 150KW. => ½ Pmax = = 75KW n1 n 4 11 => n1 = 4 n* = = = 0,36 å 4 i =1 Tổng công suất thiết bị có công suất lớn hơn ½ Pmax. å 4 i =1 å 4 i =1 P1 Pđmi 600 638,5 P1 = 4. 150 = 600KW P* = = = 0,94 Từ n*, P* tra bảng (1) ở phụ lục, tìm nhq* Ta có : nhq* = 0,4 => nhq = nhq*.n = 0,4 . 11 = 4,4. Từ nhq và Ksd tra bảng (2) ở phụ lục, tìm Kmax å 11 i =1 Ta được Kmax = 1,14. Ptt1 = Kmax.Ksd. Pđmi = 1,14.0,8.638,5 = 582,3 (KW) åPđmi.cosji åPđmi Tính hệ số cosj trung bình của nhóm 1 : Cosjtb = 4.150.0,86 + 4.5,5.0,72 + 3.5,5.0,75 638,5 544,22 638,5 Cosjtb= Cosjtb = = 0,85 => tgjtb = 0,62 Qtt1 = Ptt1.tgjtb = 582,3.0,62 Qtt1 = 361,1 (KVAR) Phụ tải tính toán của các nhóm máy còn lại của phân xưởng sản xuất gạch men, từ thông số phụ tải có ở bảng 1.4.1b. Tương tự như cách tính trên của nhóm máy 1, ta suy ra được kết qủa ở bảng 3.1. STT Tên nhóm máy åPđm (KW) Ksd Kmax cosj/tgjtb Ptt (KW) Qtt (KVAR) Stt (KVA) Itt (A) 1 1 638,5 0,8 1,14 0,85/0,62 582,3 361,1 685,17 1041 2 2 73 0,8 1,09 0,78/0,80 63,66 50,93 81,53 123,87 3 3 210 0,8 1,14 0,78/0,80 191,52 153,22 245,27 372,65 4 4 42 0,8 1,07 0,77/0,83 35,95 29,84 46,72 70,98 5 5 63 0,8 1,08 0,82/0,70 54,43 38,1 66,44 100,95 6 6 52,5 0,8 1,04 0,76/0,87 43,68 38 57,9 87,97 2. Phụ tải chiếu sáng của phân xưởng : Trong phân xưởng ngoài ánh sáng tự nhiên ta còn sử dụng ánh sáng nhân tạo. Vì ánh sáng tự nhiên không đáp ứng đầy đủ cho phân xưởng. Vấn đề chiếu sáng cũng quan trọng vì ánh sáng ảnh hưởng đến năng suất lao động của công nhân, ánh sáng không đủ khiến công nhân làm việc căng thẳng gây hại mắt, hại sức khỏe tạo nhiều phế phẩm và năng suất lao động thấp. Công suất dùng để chiếu sáng cho phân xưởng được xác định theo phương pháp tính toán chiếu sáng theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất. Đó là từng đối tượng chiếu sáng cần bao nhiêu công suất trên một đơn vị diện tích theo một mức độ nào đó là đủ, ta gọi đó là suất phụ tải chiếu sáng là P0. Như vậy công thức cần tính toán cho toàn phân xưởng là : Pttcs = Po.F Trong đó : Pttcs : công suất chiếu sáng cho toàn phân xưởng. P0 : Suất phụ tải chiếu sáng, W/m2 (P0 = 12W/m2) F : diện tích phân xưởng, m2. Theo sơ đồ của phân xưởng sản xuất có diện tích F = 3600m2 Vậy : Pttcs = P0.F = 12.3600 = 43200 (W) = 43,2 (KW) 3. Công suất tính toán của toàn phân xưởng sản xuất gạch men Shijar. Được tính theo công thức : å å Trong đó :Kđt : Hệ số xét tới sự làm việc đồng thời giữa các nhóm trong phân xưởng , Kđt = 0,8 (*) Giáo trình CCĐ trang 595 TG Nguyễn Xuân Phú Sttpx = 0,8 . 1216,63 = 973,3 (KVA) Dòng điện tính toán của phân xưởng được xác định bởi công thức sau : V. TÂM PHỤ TẢI * Ý nghĩa của tâm phụ tải : Nếu đặt tủ phân phối chính hoặc trạm biến áp nguồn tại tâm phụ tải thì những tổn hao về kim loại màu, điện áp, điện năng trên dây dẫn là ít nhất. Vậy khi thiết kế hay đánh giá một hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng chúng ta phải xác định được tâm phụ tải, từ đó xác định vị trí đặt trạm biến áp. Cách định tâm phụ tải : chọn trục tọa độ oxy, xác định tọa độ của từng phụ tải. å å å å Toạ độ tâm phụ tải I, được xác định : Trong đó : Xi, Pđmi : Hoành độ, công suất định mức của nhóm máy thứ i. å n i = 1 Yi, Pđmi : Tung độ, công suất định mứ c của nhóm máy thứ i. đmi : Tổng công suất định mức của nhóm máy. Dựa vào sơ đồ mặt bằng phân xưởng sản xuất gạch (hình 3.1) xác định tâm phụ tải của phân xưởng nhà máy : XI = 60 m YI = 27m Vậy tọa độ của tâm phụ tải là : ( 60m; 27 m). CHƯƠNG IV : TRẠM BIẾN ÁP Trạm biến áp là dùng để biến đổi điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác (thông thường từ cấp điện áp cao sang cấp điện áp thấp). Nó đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống cung cấp điện, do đó khi thiết kế cung cấp điện cho xí nghiệp, nhà máy chúng ta phải chú ý đến vị trí lắp đặt, số lượng dung lượng và thao tác vận hành. I. VỊ TRÍ SỐ LƯỢNG CÔNG SUẤT MÁY BIẾN ÁP - Vị trí : việc chọn vị trí lắp đặt máy biến áp phải thỏa mãn các yêu cầu sau : + Gần tâm phụ tải. + An toàn, liên tục cung cấp điện. + Thao tác vận hành và sửa chữa dễ dàng. + Phòng việc cháy nổ, bụi bặm, khí ăn mòn. + Chi phí đầu tư nhỏ. Dựa vào vị trí của nó có trạm biến áp ngoài trời và trong nhà. Do mặt bằng sản phẩm không thuận tiện cho việc đặt máy biến áp trong nhà, nên ta chọn đặt máy biến áp bên ngoài xí nghiệp thuận lợi về mặt vận hành, sửa chữa an toàn. - Số lượng : Mỗi trạm biến áp chỉ nên đặt một máy biến áp (ba pha), sử dụng hai máy biến áp trong trường hợp : + Một máy có công suất quá lớn. + Cần một máy làm nguồn dự phòng. Chú ý : Hai máy có cùng chủng loại và có sơ đồ nối dây giống như nhau. - Dung lượng máy biến áp : Máy biến áp có công suất đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải : SMBA ³ Sptải ; DAMBA : bé nhất Với diện tích mặt bằng hiện nay của xí nghiệp khả năng mở rộng thêm phụ tải trong tương lai là không lớn lắm. Tuy nhiên khả năng mở rộng phụ tải của xí nghiệp trong tương lai theo dự đoán là 500KVA. Để đảm bảo việc lựa chọn dung lượng máy biến áp ta có thể lấy giá trị phụ tải tính toán thực tế của xí nghiệp cộng thêm công suất dự đoán mở rộng. Ta có : Công suất biểu kiến tính toán của toàn phân xưởng là : Sttpx = 973,3 KVA Công suất dự đoán mở rộng Smr = 500KVA Vậy để chọn dung lượng MBA ta dựa vào công thức tổng là : SMBA ³ Sttpx + Smr = 973,3 + 500 = 1473,3 (KVA) Xuất phát từ thực tế nhà máy có nguồn phát điện dự phòng riêng. Do dó để chọn dung lượng máy biến áp ta có thể chọn theo hai phương án : * Phương án 1 : Dùng một máy biến áp ba pha dung lượng 1600KVA. * Phương án 2 : Dùng hai máy biến áp mỗi máy có dung lượng 1000KVA. Xét chi phí đầu tư cũng như tổn thất khi vận hành nhỏ nhất mà không làm ảnh hưởng đến tính liên tục cung cấp điện cho phân xưởng. II. SO SÁNH HAI PHƯƠNG ÁN 1. Phương án 1 : Thiết kế trạm biến áp có một máy biến áp với dung lượng 1600KVA. Tra sổ tay thiết bị điện và tự động hóa, có được các số liệu sau : DP0 = 4,5KW DPN = 16,5KW I0% = 1,3 Un% = 5,5 Với : P0 : Tổn thất công suất tác dụng không tải của máy biến áp. PN : Tổn thất công suất tác dụng ngắn mạch. I0% : Dòng điện không tải của máy biến áp. UN% : Điện áp ngắn mạch của máy biến áp. * Tổn thất công suất phản kháng : DQ0 Trong đó : DP0’ = DP0 + Kkt.DQ0 DPN’ = DPN + Kkt.DQN Với Kkt : Đương lượng kinh tế của công suất phản kháng có giá trị từ 0,02 ¸0,15 chọn Kkt lấy giá trị trung bình : Kkt = 0,05 Do đó : DP0’ = DP0 + Kkt.DQ0 = 4,5 + 0,05. 20,8 = 5,54(KW). DPN’ = DPN + Kkt.DQN = 16,5 + 0,05.88 = 20,9 (KW). Suy ra : * Tổn thất điện năng trong máy biến áp DA tổn thất điện năng trong máy biến áp được tính theo công thức : Trong đó : DP’0 : Tổn thất công suất tác dụng không tải kể cả phần đo công suất phản kháng gây ra. KW. DP’N : Tổn thất công suất tác dụng ngắn mạch kể cả phần do công suất phản kháng gây ra, KW. t : Thời gian vận hành MB trong một năm, thường lấy bằng : t = 8760 giờ. T : Thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất tính bằng giờ : T = 5000h (Do làm việc ba ca). Spt, Sđm : Phụ tải và dung lượng định mức của máy biến áp, KVA. Vậy : 2. Phương án 2 : Thiết kế trạm biến áp có hai máy biến áp với dung lượng mỗi máy lá 1000KVA. Tra sổ tay tra cứu cung cấp điện, ta có các số liệu sau : DP0 = 3,3KW DPN = 11,6KW I0% = 3 UN% = 5,5 Trình tự tính toán như phương án 1 : DP0’ = DP0 + Kkt.DQ0 = 3,3 + 0,05. 30 = 4,8(KW). DPN’ = DPN + Kkt.DQN = 11,6 + 0,05.55 = 14,35 (KW). Tổn thất công suất toàn bộ : * Tổn thất điện năng trong máy biến áp : Giả sử giá thành lắp đặt trạm biến áp cho : Phương án 1 : 350 triệu đồng Phương án 2 : 500 triệu đồng Từ hai phương án trên ta có bảng sau : phương án Dung lượng (KVA) Số lượng máy DP’0 (KW) DP’N (KW) DA (KWh) Giá tiền triệu đồng 1 1600 1 5,54 20,9 87200 350 2 1000 2 4,8 14,35 118080 500 3. So sánh hai phương án về phương diện kinh tế và kỹ thuật. a. Phương diện kỹ thuật. Cả hai phương án trên đều đảm bảo nhu cầu cung cấp điện cho phân xưởng nhà máy. b. Phương diện kinh tế. Qua kết quả tính ở bảng trên cho thất phương án 1 kinh tế hơn phương án 2 .Cụ thể như sau : - Tổn thất điện năng tính theo phương án 2 lớn hơn tổn thất điện năng khi tính theo phương án 1 là : D A = DA2 - DA1 = 118080 – 87200 = 30880(KWh) Giả sử giá tiền của một KWh là 800đ thì số tiền tiết kiệm được khi dùng phương án 1 trong 1 năm là : 30880.800 = 24704000 đồng. Nếu dùng phương án hai thì ta phải đầu tư thêm tiền mua máy biến áp là 500 – 350 = 150 triệu đồng * Thời gian thu hồi vốn đầu tư là : Qua việc so sánh hai phương án trên ta thấy việc chọn phương án 1 là phù hợp và kinh tế hơn về mặt : + Vốn đầu tư mua máy. + Tiết kiệm được chi phí vận hành hàng năm. + Tổn hao về điện năng. * Kết luận : Chọn phươn án 1 để thiết kế trạm biến áp cho phân xưởng sản xuất gạch men. III. SƠ ĐỒ NỐI DÂY TRẠM BIẾN ÁP - Sơ đồ nối dây trạm biến áp phải thỏa mãn các điều kiện sau : + Đảm bảo liên tục cung cấp điện theo yêu cầu của phụ tải. + Sơ đồ đấu dây phải rõ ràng, thuận tiện trong vận hành và xử lý lúc sự cố. + Hợp lý về mặt kinh tế trên cơ sở đảm bảo về kỹ thuật. + An toàn lúc vận hành. * SƠ ĐỒ NỐI DÂY CỦA TRẠM BIẾN ÁP : . . . . . . . . . . 0,4KV spt BA DLC CB11 DLC CB2 15–20KV/0,4KV LA FCO 15KV Điện áp của LA được tính theo biểu thức : IV. CHỌN NGUỒN DỰ PHÒNG Do yêu cầu đảm bảo sản xuất liên tục kể cả trong trường hợp mất điện, cần phải chọn nguồn dự phòng. Muốn thực hiện được yêu cầu này ta phải dự kiến thêm một đường dây phụ nối từ thanh cái điện áp thấp của trạm điện để đặt máy phát Diezen dự phòng trong trường hợp sự cố mất điện máy này sẽ vận hành. Để chọn nguồn dự phòng cho phù hợp với đặc điểm của nhà máy cần có mối quan hệ mật thiết với phụ tải, cấp điện áp, sơ đồ cung cấp, bảo vệ tự động hóa và chế độ vận hành. + Về công suất của máy phát, theo tính toán ở chương trước ta có : Sttpx = 973,3KVA vậy ta chọn máy có công suất là : SMF = 1500KVA CHƯƠNG V : CHỌN DÂY DẪN VÀ THIẾT BỊ BẢO VỆ I. KHÁI QUÁT Trong thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy sản xuất gạch men SHIJAR, việc chọn dây dẫn và thiết bị bảo vệ là một khâu không thể thiếu được. Điều kiện vận hành các thiết bị, khí cụ và các bộ phận dẫn điện khác có ở một trong ba chế độ cơ bản sau : + Chế độ làm việc bình thường (lâu dài, liên tục). + Chế độ quá tải. + Chế độ ngắn mạch. Trong chế độ làm việc bình thường : Các thiết bị, khí cụ và các bộ phận dẫn điện khác sẽ làm việc tin cậy nếu các thông số (dòng điện, điện áp ...) của chúng nằm trong thông số định mức. Các thông số nhỏ hơn hoặc bằng thông số định mức. Trong chế độ quá tải : Dòng điện qua các thiết bị, khí cụ và các bộ phận dẫn điện khác sẽ lớn hơn so với dòng điện định mức. Ilv> Iđm Nếu trong phạm vi cho phép : Ilv £ Iqtcp Nếu ngoài phạm vi cho phép : Ilv > Iqtcp khí cụ bảo vệ phải tác động. Thường những khí cụ bảo vệ quá tải phải cho phép một thời gian. Trong chế độ ngắn mạch : Các thiết bị khí cụ và cá bộ phận dẫn điện khác sẽ đảm bảo sự làm việc tin cậy nếu qúa trình lựa chọn chúng có các thông số theo đúng điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt. IN >> Iđm => khí cụ phải tác động tức thời. * Điều kiện chọn các thiết bị, khí cụ : Để chọn khí cụ ta chọn theo điều kiện làm việc lâu dài và kiểm trổng định khi có sự cố : - Chọn theo điều kiện lâu dài : Uđmkc ³ Ulvmạng Iđmkc ³ Ilvmax - Kiểm tra khi có sự cố : + Kiểm tra ổn định động : (Ổn định lực điện động) iôđđ > ixk Trong đó : iôđđ : Dòng điện mà độ bền cơ khí của khí cụ điện chịu đựng được. ixk : Dòng điện xung kích khi có ngắn mạch. + Kiểm tra ổn định nhiệt : (ổn định về nhiệt lượng) : * Khi xuất hiện dòng điện ngắn mạch thì sẽ có một xung lượng nhiệt xuất hiện trên khí cụ : bN = R.i2N.tN Trong đó : iN : Dòng ngắn mạch ổn định. tN : Thời gian tồn tại ngắn mạch, tính từ lúc xảy ra ngắn mạch đến khi khí cụ cắt được dòng ngắn mạch. * Khí cụ có khả năng chịu nhiệt đến một độ nhất định nào đó đặc trưng bởi dòng ổn định nhiệt định mức. bkc = R.iôđm.tgt Trong đó : bkc : Xung lượng nhiệt mà khí cụ có thể chịu đựng được. iôđn : Dòng đặc trưng cho mức độ ổn định nhiệt. tgt : Thời gian giả thiết tồn tại ngắn mạch. Điều kiện ổn định nhiệt : bN < bkc ó R.i2N.tN < R.iôđn.tgt Tóm lại : Chúng ta chọn khí cụ cao áp thỏa mãn các điều kiện sau : Uđmkc > Umạng Iđnkc > Ilvmax iôđđ > ixk iođn > i¥ với i¥ = iN Ngoài ra còn chọn khí cụ theo kiểu, loại, hãng sản suất. II. CHỌN DÂY DẪN VÀ THIẾT BỊ HẠ ÁP CHO CÁC MÁY VÀ NHÓM MÁY 1. Chọn dây dẫn : Có ba phương pháp chọn tiết diện dây dẫn : Chọn theo dòng phát nóng cho phép (dòng điện làm việc lâu dài cho phép). Chọn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép. * Điều kiện chọn dây dẫn : Dây phải chịu được dòng tải lớn nhất. Tổn thất điện áp do dòng qua dây phải nằm trong phạm vi cho phép. Giá thành rẻ. * Phạm vi ứng dụng : Mạng điện phân xưởng tải nhỏ, khoảng cách truyền tải ngắn. => DUpx < D Ucp không cần điều kiện kinh tế. - Độ phát nóng trong phân xưởng lớn do nhiệt độ làm việc cao. => chọn theo phương pháp điều kiện phát nóng. Icp ³ I lvmax Có thể kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp đối với các phân xưởng có tải lớn hoặc rộng. * Phương pháp : Chọn dây đồng cách điện bằng cao su cho mạng điện là của CADIVI do công ty dây và cáp điện Việt Nam sản xuất theo tiêu chuẩn quốc tế. Chọn tiết diện dây dẫn trên cơ sở chọn điều kiện phát nóng. Ilvmax £ K1K2K3.Icp Trong đó : Ilvmax : Dòng điện làm việc lớn nhất, A Đối với dây dẫn cung cấp cho từng máy riêng lẻ thì : Ilvmax = Iđm Đối với dây dẫn cung cấp cho từng nhóm máy : Ilvmax = Ittnh Icp : Dòng điện làm việc lâu dài cho phép của cáp hoặc dây dẫn A. K1K2K3 : Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường 2. Điều kiện để chọn máy cắt (CB) : CB được lắp đặt nối tiếp trên các đường dây cung cấp điện với phụ tải. Nhiệm vụ : Bảo vệ ngắn mạch hay quá tải cho mạng điện. * Điều kiện để chọn CB : UđmCB ³ Uđm IlvCB ³ Ilvmax * Chọn dây dẫn, CB cho từng nhóm máy : Dựa vào bảng 3.1. có được dòng điện tính toán của từng nhóm máy. - Nhóm 1 : với Itt1 = 1041 (A) chọn K1 = 0,92 (*) chọn CB : NF 1250 – SS có : UđmCB = 600 (V) IđmCB = 1250 (A) (*) Tra bảng 2 – 57 trang 655 CCĐ - TG Nguyễn Xuân Phú I cắt = 85 (KA) - Chọn dây dẫn có tiết diện 250mm2, mỗi pha ba sợi, với dòng điện cho phép là 1220A cho nhóm máy 1. Tươn tự cách tính toán trên có được tiết diện dây dẫn và CB cho các nhóm máy còn lại ở bảng 5.1. Bảng 5.1 Nhóm máy Ptt (KW) Itt (A) Tiết diện (mm2) Icp (A) Tên CB ký hiệu mc Uđm (V) Iđm (A) I cắt (KA) 1 582,3 1041 3xCV250 1220 NF1250-SS 660 1250 85 2 63,66 123,87 CV 35 140 NF160-SH 500 160 50 3 191,52 372,65 CV 200 443 NF630-SS 500 500 50 4 35,95 70,98 CV 14 88 NF100-SH 500 100 50 5 54,43 100,95 CV 35 140 NF160-SH 500 160 50 6 43,68 87,97 CV 25 115 NF160-SS 500 150 25 · Chọn dây dẫn và CB cho từng máy : (thông số ở bảng 1.4.1b) Trong nhóm 1 : Với máy nghiền : có Iđm = 255A. Ilv £ K1.Icp Chọn Ilv = Iđm Suy ra : Icp ³ 277,17 (A) Chọn CB NF400 – SScó : UđmCB = 660 (V) IđmCB = 400 (A) Icắt = 50 (KA) Chọn dây dẫn có tiết diện CV120mm2, với dòng điện cho phép là 324 (A) cho một máy nghiền. Tương tự cách tính và lựa chọn như trên ta có được tiết diện dây dẫn và CB cho từng máy còn lại ở phân xưởng trong bảng 5.2. Bảng 5.2. Tên máy Công suất P(KW) Dòng điện I (A) Tên CB Số lượng Tiết diện mm2 (1) (2) (3) (4) (5) (6) Máy nghiền Băng tải Máy dập Quạt gió Động cơ kéo dây chuyền Động cơ kéo rulô Máy hút bụi Máy khuấy bùn Máy nén khí Động cơ kéo xe chứa Bơm áp lực Bơm nước Máy đóng gói 150 5,5 45 10 0,75 1,5 75 5,5 4 7,5 15 3 1,5 255 11 79 20 1,8 3,4 125 11 8 15 28 6,5 3,4 NF400 – SS NF30 – SS NF100 – SS NF30 – SS NF30 – SS NF30 – SS NF160 – SS NF30 – SS NF30 – SS NF30 – SS NF50 – SH NF30 – SS NF30 – SS 4 8 3 1 30 20 1 5 6 8 2 6 2 3 x CV 120 CVV4 x 2 CVV4 x 38 CVV4 x 4 CVV4 x 2 CVV4 x 2 3 x CV 35 CVV4 x 2 CVV4 x 2 CVV4 x 2 CVV4 x 6 CVV4 x 2 CVV4 x 2 III. CHỌN THANH DẪN TỦ PHÂN PHỐI : Sơ bộ ta chọn thanh dẫn tủ phân phối chính CB tiết diện theo mm2, chiều dài l = 0,5m, làm bằng đồng, a = 240mm (khoảng cách giữa các pha). 1. Chọn thanh dẫn ở tủ phân phối chính : Chọn thanh dẫn bằng đồng. Đối với xí nghiệp làm việc ba ca thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax là 5000 đến 7000giờ/năm. (Tra bảng 8 – 6 trang 274 – CCĐ Tg Nguyễn Xuân Phú) chọn mật độ dòng điện kinh tế là Jkt = 1,8 A/mm2. Tiết diện thanh dẫn chọn theo mật độ dòng điện kinh tế CHƯƠNG VI : TÍNH TOÁN VỀ ĐIỆN VÀ NGẮN MẠCH CHO PHÂN XƯỞNG I. KHÁI QUÁT : Để đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống cung cấp điện, để xác định tổng phụ tải, chọn các phần tử của mạng điện và thiết bị điện, xác định phương án bù công suất phản kháng, biện pháp điều chỉnh điện áp nhằm nâng cao chất lượng điện, chúng ta phải căn cứ vào các số liệu tính toán về điện. Tính toán về điện bao gồm việc tính các loại tổn thất trong cung cấp điện như tổn thất công suất, tổn thất điện năng, tổn thất điện áp cũng như các tính toán về phân bố công suất trong mạng điện kín, lựa chọn tiết diện dây dẫn và cáp tính toán các chế độ vận hành ... Do đó tính toán về điện đóng vai trò quan trọng việc thiết kế và vận hành hệ thống điện. II. TÍNH TOÁN TỔN THẤT KHI TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG TRONG PHÂN XUỞNG SẢN XUẤT GẠCH MEN SHIJAR. 1. Tính tổn thất công suất trên đường dây của phân xưởng. Đường dây tải điện từ nguồn đến nơi tiêu thụ ở phân xưởng cung cấp cho phụ tải có điện áp là 0,38KV. Để đơn giản trong việc tính toán đường dây bỏ qua điện dẫn tác dụng và dung dẫn. Xác định tổn thất công suất dùng công thức : (*) Với R : Điện trở dây dẫn, W R = r0.l r0 : Điện trở trên một đơn vị chiều dài, W/Km. l : Chiều dài dây, Km. X : Điện kháng dây dẫn , W X = x0.l x0 : Cảm kháng trên một đơn vị chiều dài, W/Km (*) Công thức (6.18) trang 117 – CCĐ – Tg Nguyễn Xuân Phú P : Công suất tác dụng, MW. Q : Công suất phản kháng, MVAR. Uđm : Điện áp định mức, KV. 1.1. Tính toán tổn thất công suất của đường dây từ tủ phân phối chính tới tủ động lực các nhóm : * Nhóm 1 : Với tiết diện CV250mm2, mỗi pha ba sợi, có được : r0 = 0,08 W/Km x0 = 0,20 W/Km (*) phụ lục bảng (3) l = 0,042 KM. R = 0,08.0,042 = 0,0034 (W) X = 0,20.0,042 = 0,0084 (W) Suy ra : * Nhóm 2 : Với tiết diện dây dẫn : CV 35mm2 có được : r0 = 0,57W/Km x0 = 0,26 W/Km l = 0,030Km R = 0,57.0,03 = 0,0171W X = 0,26. 0,03 = 0,0078 W Suy ra : * Nhóm 3 : Với tiết diện dây dẫn : CV 200mm2 có được : r0 = 0,08W/Km x0 = 0,2 W/Km l = 0,02Km R = 0,08.0,02 = 0,016W X = 0,2. 0,02 = 0,004 W Suy ra : * Nhóm 4 : Với tiết diện dây dẫn : CV 14mm2 có được : r0 = 1,25W/Km x0 = 0,2 9W/Km l = 0,027Km R = 1,25.0,027 = 0,0338W X = 0,29. 0,027 = 0,0078 W Suy ra : * Nhóm 5 : Với tiết diện dây dẫn : CV 35 mm2 có được : r0 = 0,57 W/Km x0 = 0,2 6W/Km l = 0,063 Km R = 0,57.0,063 = 0,0359W X = 0,26. 0,063 = 0,0164W Suy ra : * Nhóm 6 : Với tiết diện dây dẫn : CV 25 mm2 có được : r0 = 0,80 W/Km x0 = 0,2 7W/Km l = 0,022 Km R = 0,8.0,022 = 0,0176W X = 0,27. 0,022 = 0,0059W Suy ra : Vậy tổng tổn thất công suất tác dụng lên đường dây là : DPđđ = 21,3KW 2. Tổn thất điện năng trên đường dây phân xưởng : Công thức : D Ađd = DPđd.T (KWh) (*) Công thức (6.31) tr.122 –CCĐ Với T : Thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất trong năm, giờ. D Pđd : Tổn thất công suất tác dụng của phân xưởng, KW. Suy ra : D A = DPđd.T = 21,3. 7000 D A = 149100 (KWh) 3. Tổn thất điện áp đường dây ba pha từ tủ phân phối chính tới tủ động lực : Tổn thất điện áp cho phép D U £ 5%. Nếu DU> 5% cần nâng tiết diện dây lên một cấp. Tính sụt áp trên từng lộ được xác định theo công thức : DU 380 4. So sánh tổn thất điện áp trên đường dây với điện áp định mức thấp 380V. DU% = . 100 13,18 380 DU Uđm Đường dây ba pha từ tủ phân phối chính tới tủ động lực nhóm 1 : DU% = .100 = .100 = 3,47% Tư tự cách tính trên, tính được DU% cho các nhóm máy còn lại ở bảng 6.1. BẢNG TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN ÁP ĐƯỜNG DÂY BA PHA TRONG PHÂN XƯỞNG Nhóm máy DP(KW) DQ (KVAR) DU (V) DU% Ghi chú 1 11 27 13,2 3,47 2 2,3 1 11,5 3,02 3 2 5 7,3 1,92 4 1,5 0,3 11,1 2,92 5 3,3 1,5 20,2 5,32 Không phù hợp 6 1,2 0,4 7,7 2,02 Với tổn thất điện áp cho phép là : DU < 5% từ bảng trên, ta thấy nhóm máy 5 có tổn thất điện áp đường dây ba pha lớn hơn 5%. Nên chọn lại số liệu dây dẫn cho các nhóm máy này có tiết diện lớn hơn một cấp so với tiết diện đã chọn ở bảng 5.1. Vậy số liệu dây dẫn chọn lại thỏa mãn điều kiện tổn thất công suất trên đường dây : DP, tính được bảng sau : Nhóm máy Tiết diện dây dẫn (mm2) DP (KW) 1 3 x CV 250 11 2 CV 35 2,3 3 CV 200 2 4 CV 14 1,5 5 CV 50 2,2 6 CV25 1,2 III. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH CHO PHÂN XƯỞNG Tính ngắn mạch trong mạng điện dưới1000V thường là để dựa chọn các khí cụ điện và các bộ phận có dòng điện đi qua. Để xác định ngắn mạch ở dòng điện áp thấp (U £ 1000V). Thành lập sơ đồ đẳng trị đối với mạng điện áp thấp thành phần điện trở có giá trị đáng kể không được bỏ qua. Vậy tổng trở ngắn bao gồm thành phần điện trở và điện kháng. Các phần tử thay thế : - Nguồn : phần cao áp của máy biến áp được xem là tổng thể như một hệ thống được xác định bởi công suất của máy cắt gần nhất. Điện kháng hệ thống : Trong đó : DPN : Tổn thất ngắn mạch của MBA (W). Sđm : Công suất định mức MBA, KVA. Uđm : Điện áp định mức MBA, KV. Uk% : Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch được xác định theo công thức : Trong đó : UN% : Điện áp ngắn mạch, %. Ur% : Thành phần tác dụng của UN% được xác định theo biểu thức : (*) Giáo trình CCĐ – Trang 243 – Tg Nguyễn Xuân Phú - Dây dẫn : Điện trở và trở kháng của dây dẫn hạ áp : RDD = r0.l XDD = x0.l Trong đó : l : Chiều dài, Km. r0, x0 : Điện trở và cảm kháng trên một đơn vị chiều dài, W/K,. - Điện trở và điện kháng của các thành phần khác như : cuộn dòng của Aptomat, cuộn sơ cấp của máy biến dòng (BI), thanh góp ... ta có thể tra bảng ở cẩm nang. - Dòng điện ngắn mạch : (A) Trong đó : U tính bằng V; rå, xå tính bằng mW - Dòng điện xung kích : ixk = . I”ck. Kxk Ta 01 , 0 _ e Trong đó : Kxk : Hệ số xung kích Kxk = 1 + + Ngắn mạch trên thanh cái : Kxk = 1,2 ¸ 1,3 + Ngắn mạch ở xa trạm : Kxk = 1 1. Tính toán ngắn mạch ở thanh cái hạ áp của máy biến áp. Muốn tính dòng ngắn mạch ta phải lập sơ đồ thay thế, trong sơ đồ thay thế này mỗi phần tử của hệ thống được thay thế bằng một điện kháng tương ứng. Sơ đồ thay thế của mạng điện như sau : 15KV RBA XBA RCB XCB RDD XDD 0,4KV Do không biết được công suất của máy cắt nên không tính thêm XHT. Coi điện áp phía cao áp của máy biến áp là hằng số. * Trường hợp có một máy biến áp : - Điện kháng máy biến áp : Sđm = 1600KVA DP0 = 4,5KW ; I0% = 1,3 DPN = 16,5KW ; UN% = 5,5 Suy ra : - Điện trở, điện kháng của CB. Trong những mạng điện hạ thế, tổng trở của CB được đặt ở phía trên vị trí tính toán ngắn mạch phải được đưa vào để tính. Giá trị điện trở của CB thường được bỏ qua (RCB = 0) Giá trị điện kháng của CB thường được lấy : (XCB = 0,15mW). - Điện trở, điện kháng của dây dẫn : + Với l = 5m = 0,005 Km. RDD = 0,07.0,005 = 0,35 (mW) XDD = 0,19.0,005 = 0,95 (mW) + Với l = 40m = 0,04Km RDD = 0,07.0,04 = 2,8 (mW) XDD = 0,19.0,04 = 7,6 (mW) - Điện trở, điện kháng của thanh góp : Giá trị điện trở của thanh góp thường được bỏ qua. (RTC = 0). Giá trị điện kháng của thanh góp thường được lấy là 0,15 mW/m. (x0 = 0,15 mW/m). XTC = x0.l = 0,15.0,5 = 0,075 (mW) - Điện kháng tương đương : Xtđ = XBA + XCB + XDD + XTC = 4,95 + 0,15 + 8,55 + 0,075 Xtđ = 13,58 (mW) - Điện trở tương đương : Rtđ = RBA + RCB+ RDD + RTC = 0,93 + 0 + 3,15 + 0 Rtđ = 4,08 (mW) * Thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch ba pha. + Không kể đến ảnh hưởng của máy biến dòng : * Dòng điện xung kích không kể đến ảnh hưởng của biến dòng : Vì công suất máy biến áp là 1600KVA, cóUN% = 5,5,% (điện áp ngắn mạch). Tra sách cung cấp điện Nguyễn Xuân Phú, trang 245, ta có : Kxk = 1,3 Vậy ixk = .1,3. I”ck ixk = 1,3. .15,47 ixk = 28,44 (KA) * Giá trị hiệu dụng cực đại của dòng xung kích : Vì Kxk = 1,3 nên giá trị hiệu dụng cực đại của dòng xung kích được tính theo công thức : Vậy tại tủ phân phối chính ta ta tính được : Dòng ngắn mạch Ký hiệu Giá trị Thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch ba pha I”ck 15,47(KA) Dòng điện xung kích ixk 28,44(KA) Giá trị hiệu dụng cực đại của dòng xung kích ba pha Ixk 16,8 (KA) 2. Kiểm tra thanh dẫn : Tính theo sách cung cấp điện của Nguyễn Xuân Phú. * Trình tự tính toán : Khi ngắn mạch thanh dẫn chịu lực tác dụng của lực điện động, vì vậy trpng vật liệu sẽ xuất hiện hiệu ứng lực. Để kiểm tra ổn định của thanh dẫn khi ngắn mạch cần xác định được ứng suất trong vật liệu thanh dẫn do lực điện động gây ra và so sánh ứng suất này với ứng suất cho phép. Ở đây ta chọn thanh dẫn đơn, điều kiện ổn định động của thanh dẫn là tt cp £ tt cp cp tt = M W Trong đó : : Ứng suất tính toán (kg/cm2) : Ứng suất cho phép (Kg/cm2) Do ta chọn thanh dẫn bằng đồng nên = 1400Kg/cm2 xác định ứng suất tính toán trong vật liệu thanh dẫn : Trong đó : W : Momen chống uốn của thanh dẫn, cm3 Ftt .l 8 M : Momen uốn, (Kg/cm) M = l a Trong đó : Ftt : lực tính toán do dòng ngắn mạch gây ra. Ftt = 1,76.10-2. .i2xk , kg l : Khoảng cách giữa các sứ của một pha, cm a : Khoảng cách giữa các pha tính bằng cm. ixk : Dòng xung kích khi ngắn mạch ba pha, KA h.b2 6 - Mô men chống uốn được tính theo công thức : W = (mm3) Trong đó : h : chiều rộng của thanh, mm B : Bề dày của thanh , mm 3. Tính toán kiểm tra : b = 8mm h = 120mm Kiểm tra thanh dẫn tủ phân phối chính : Ta có : a = 12cm, l = 40cm. » - Lực tính toán áp dụng biểu thức : - Mô men uốn là : - Mô men chống uốn : tt - Vậy ứng suất tính toán là : Kết luận : tt cp £ Qua việc tính toán kiểm tra thanh dẫn ở tủ phân phối chính thì ứng suất tính toán nhỏ hơn ứng suất cho phép. Vậy việc lựa chọn thanh dẫn tại tủ phân phối chính là thỏa mãn điều kiện : CHƯƠNG VII : BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG I. KHÁI QUÁT : Điện năng là năng lượng chủ yếu của các xí nghiệp, các xí nghiệp này trong quá trình làm việc tiêu thụ từ mạng điện cả về công suất tác dụng (P) lẫn công suất phản kháng (Q). Các nguồn tiêu thụ công suất phản kháng là : Động cơ điện không đồng bộ, máy biến áp, đừng dây trên không và các thiết bị khác. Tùy thuộc vào đặc tính của thiết bị điện, xí nghiệp có thể tiêu thụ một lượng điện khoảng 70% tổng số điện năng được sản xuất ra. Vì thế việc thực hiện các biện pháp tiết kiệm điện trong xí nghiệp công nghiệp có ý nghĩa rất quan trọng, không những có lợi cho bản thân các xí nghiệp mà còn có lợi chung cho nền kinh tế quốc dân. Truyền tải một lượng lớn công suất phản kháng qua dây dẫn và máy biến áp không có lợi vì những nguyên nhân chủ yếu sau : + Làm tổn thất thêm công suất tác dụng và điện năng trên tất cả các phần tử của hệ thống cung cấp điện cho tải công suất phản kháng. + Làm tổn thất thêm điện áp. Với những nguyên nhân trên, để có lợi về kinh tế lẫn kỹ thuật, trong lưới điện cần đưa nguồn bù công suất phản kháng tới gần những nơi tiêu thụ đó và giảm lượng công suất phản kháng nhận từ hệ thống. Khi có bù công suất công suất phản kháng thì hệ số công suất cosj được nâng cao. Hệ số công suất cosj được nâng cao sẽ đưa đến những hiệu quả sau : + Giảm được tổn thất công suất trong mạng điện. Tổn thất công suất trên đường dây được tính như sau : Trong đó : R : Điện trở của phần tử gây tổn thất, W D P : Tổn thất công suất tác dụng, KW P,Q : Công suất tác dụng, công suất phản kháng truyền qua R. Giảm lượng Q truyền tải trên đường dây ta giảm được thành phần tổn thất công suất DP(Q) do Q gây ra. + Giảm được tổn thất điện áp trong mạng điện : Giảm lượng Q truyền tải trên đường dây ta giảm được thành phần DU(Q) do Q gây ra. + Tăng khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp. Với I =const, khi giảm Q thì khả năng truyền tải công suất tác dụng P tăng lên. + Giảm được chi phí kim loại màu, góp phần làm ổn định điện áp, tăng khả năng phát điện của nhà máy phát điện. II. CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT COSj 1. Các biện pháp nâng hệ số công suất cosj tự nhiên : - Thay đổi và cải tiến quy trình công nghệ để các thiết bị điện làm việc ở chế độ hợp lý nhất. - Thay thế động cơ không đồng bộ làm việc non tải bằng động cơ có công suất nhỏ hơn. - Giảm điện áp những động cơ làm việc non tải. - Hạn chế động cơ chạy không tải. - Dùng động cơ không đồng bộ thay thế động cơ không đồng bộ. - Nâng cao chất lượng sửa chữa động cơ. - Thay thế những máy biến áp làm việc non tải bằng những máy biến áp có dung lượng nhỏ hơn. 2. Dùng phương pháp bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất cosj. Để bù công suất phản kháng tiêu thụ tại các xí nghiệp có thể dùng máy bù đồng bộ, tụ điện và động cơ điện đồng bộ. Thiết bị bù phải chọn trên cơ sở tính toán so sánh về kỹ thuật, kinh tế. Mỗi thiết bị đều có ưu nhược điểm riêng. Hình thức đặt thiết bù gồm có : Bù riêng, bù nhóm, bù tập trung. + Bù riêng : thiết bị bù nối trực tiếp với thiết bị cần bù. Hình thức bù này có những nhược điểm lớn là không sử dụng tốt bộ tụ điện, bởi vì khi cắt điện cho thiết bị điện thì cắt luôn cả thiết bị bù. + Bù nhóm : Nối các thiết bị bù vào tủ phân phối nhóm trong phân xưởng của xí nghiệp. + Bù tập trung : Thiết bị bù nối vào thanh cái cao áp hoặc hạ áp của trạm biến áp phân xưởng. III. BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNGCHO XÍ NGHIỆP 1. Chọn thiết bị và vị trí bù : Do xí nghiệp có công suất tiêu thụ điện vào loại trung bình, không đòi hỏi dung lượng bù lớn lắm, thông thường dung lượng bù nhỏ hơn 5000KVAR thì người ta dùng tụ điện. Do đặc điểm của thiết bị và quy trình công nghệ trong xí nghiệp có vài động cơ không đồng bộ có công suất lớn. Cho nên ta phối hợp đặt tập trung ở thanh cái phía hạ áp của máy biến áp và bù theo nhóm ở tủ động lực của phân xưởng. 2. Xác định dung lượng bù : Khi ta nâng hệ thống số cosj1 thì sẽ có hệ số cosj2. P1 = 3UI1.cosj1 (1) P2 = 3UI2.cosj2 (2) cosj1 cosj2 Với P1 = P2 = const. Vậy I1 = I2 = (3) Công suất phản kháng : Q1 = 3.UI1.Sinj1 (4) Q2 = 3.UI2.sinj2 (5) Thay (3) vào (5) ta được : cosj1 cosj2 Q2 = 3.UI2. sinj2 (6) Dùng dung lượng bù để nâng cao từ cosj1 đến cosj2 là Qbù : Qbù = P(tgj1 = tgj2).a, (KVAR) (*) Trong đó : P : Phụ tải tính toán của phân xưởng hay nhóm tính bằng KW. j1 : Góc ứng với hệ số công suất trung bình (cosj2) trước khi bù. j2 : Góc ứng với hế số công suất (cosj1) muốn đạt được sau khi bù. a = 0,9¸1 : Hệ số xét tới khả năng nâng cao cosj bằng những phương pháp không đòi hỏi thiết bị bù chọn a = 1. Cosj2 : Thường lấy bằng hệ số công suất do cơ quan quản lý hệ thống điện quy định cho mỗi hộ tiêu thụ phải đạt được, thường nằm trong khoảng 0,8 ¸0,95. Ở đây ta lấy cosj2 = 0,95 hay tgj2 = 0,33. åPi.cosji åPi Hệ số công suất trung bình của một nhóm thiết bị được tính theo công thức : Cosjtb = 3. Xác định hệ thống bù công suất phản kháng cho phân xưởng sản xuất gạch men SHIJAR. * Bù tập trung ở thanh cái phía hạ áp của máy biến áp. Phân xưởng có hệ số công suất cosj1 = 0,79 hay tgj1 = 0,77, nâng hệ số công suất này lên đến cosj2 = 0,95 hay tgj2 = 0,33. + Dung lượng cần bù : QbùPX = Pttpx.(tgj1 - tgj2).a Chọn a = 1, tính được : Qbùpx = 1014,74 (0,77 – 0,33).1 = 446,49 (KVAR) Qbùpx = 446,49 (KVAR). Chọn thiết bị bù là các bộ tụ điện. + Dung lượng tụ bù tính theo công thức : (*)Công thức (12 – 9) Trang 453 – CCĐ – TG Nguyễn Xuân Phú Qtd = 2pf.U2.C = 0,314.U2.C, KVAR (*) Trong đó : U : Điện áp đặt lên cực của tụ điện, KV. C : Điện dung của tụ điện, mF Suy ra : 4. Xác định dung lượng bù cho các nhóm tủ động lực của phân xưởng. Tương tự cách tính trên và dựa vào thông số ở bảng 3.1, tính được : Nhóm 1 : Dung lượng cần bù : Qbù1 = 582,3. (0,62 – 0,33) = 168,87 (KVAR) 168,87 0,314.0,382 Dung lượng tụ bù : C = = 3724,39 (mF) + Nhóm 2 : Tương tự cách tính trên ta được kết quả các nhóm còn lại ở bảng 7-1. Bảng 7 – 1 Vị trí bù nhóm Ptt(KW) Cosjtb Qbù(KVAR) C(mF) Ghi chú 1 582,3 0,85 168,87 3724,39 2 63,66 0,78 29,92 659,87 3 191,52 0,78 90 1984,93 4 35,95 0,77 17,98 396,55 5 54,43 0,82 20,14 444,18 6 43,86 0,76 23,25 512,68 (*)Công thức (12-15) Sách CCĐ trang 461- TG Nguyễn Xuân Phú 5. Điều chỉnh dung lượng bù : - Điều chỉnh dung lượng bù của tụ điện có thể được thực hiện bằng tay hoặc tự động. + Điều chỉnh tự động dung lượng bù của tụ điện thường chỉ được đặt ra trong trường hợp bù tập trung với dung lượng lớn. Có bốn cách điều chỉnh dung lượng bù tự động : Điều chỉnh dung lượng bù theo nguyên tắc điện áp, theo thời gian, theo dòng điện phụ tải và theo hướng đi của công suất phản kháng. Điều chỉnh dung lượng bù theo điện áp và thời gian thường được dùng hơn cả. - Việc điều chỉnh có thể thực hiện bằng rơle (sử dụng phần tử có tiếp điểm), mạch điện tử (sử dụng phần tử không tiếp điểm). Trong phạm vi của luận văn, chỉ đưa ra phương pháp điều chỉnh dung lượng bù theo nguyên tắc điện áp thực hiện bằng rơle. ~ BU BI MC CD 0,4KV Sơ đồ nối dây của tụ điện được trình bày dưới đây : Tụ điện điện áp cao là loại một pha nên chúng nối lại với nhau thành hình tam giác, mỗi pha có cầu chì bảo vệ riêng, khi cầu chì của một pha nào đó bị đứt, tụ điện ở hai pha còn lại vẫn tiếp làm việc. Để đo lường và bảo vệ người ta đặt các máy biến dòng BI và máy biến điện áp BU. Máy biến điện áp ngoài việc đo lường và bảo vệ nói trên còn được dùng làm điện trở phóng điện cho tụ khi nó được cắt ra khỏi mạng. Vì vậy BU được nối vào phía dưới các thiết bị đóng cắt và ở ngay đầu cực của nhóm tụ điện. U2pha Q Điện trở phóng điện được tính theo công thức : Rpt = 15.106. , W (*) Công thức (12-16 ) –Sách CCĐ, tr. 465 Trong đó : Q : Dung lượng của tụ điện, KVA. Upha : Điện áp pha của mạng, KV - Điện trở phóng điện của tụ điện phải thỏa mãn hai yêu cầu sau : + Giảm nhanh điện áp dư trên tụ để đảm bảo an toàn cho người vận hành, người ta quy định sau 30 phút điện áp trên tụ phải giảm xuống dưới 65V. + Ở trạng thái làm việc bình thường tổn thất công suất tác dụng trên điện trở phóng điện so với dung lượng của tụ điện không vượt quá giá trị số 1W/KVAR. Để có thể sẵn sàng làm việc ngay sau khi tụ điện được cắt ra khỏi mạng, điện trở phóng điện phải được nối phía dưới các thiết bị đóng, cắt và ở ngay đầu cực của nhóm tụ điện. * Vận hành tụ điện : Sử dụng thiết bị đóng cắt và bảo vệ có thể là cầu dao và cầu chì; aptomat hoặc công tắc tơ và cầu chì để đóng cắt bộ tụ điện với mạng. BI CD CC BI CD BI CD K CB ~ 380 – 660V ~ 380 – 660V ~ 380 – 660 V Tụ điện phải đặt ở nơi khô ráo, ít bụi bặm, không dễ nổ, dễ cháy và không có khí ăn mòn. Khi vận hành tụ điện phải đảm bảo điều kiện sau : + Điều kiện nhiệt : Phải giữ cho nhiệt độ không khí xung quanh tụ điện không vượt quá + 350C. + Điều kiện điện áp : phải giữ điện áp trên cực của tụ điện không vượt quá 110% điện áp định mức. Khi điện áp của mạng vượt quá giới hạn cho phép nói trên thì phải cắt tụ điện ra khỏi mạng. Trong lúc vận hành nếu thấy tụ điện bị phình ra thì phải cắt ngay ra khỏi mạng, vì đó là hiện tượng của sự cố nguy hiểm, tụ có thể bị nổ.  CHƯƠNG VIII : CHỐNG SÉT – NỐI ĐẤT I. CHỐNG SÉT : 1. Khái niệm : - Sét là hiện tượng phóng tia lửa điện trong khí quyển giữa các đám mây và đất. Sự hình thành và phát triển của phóng điện sét là kết quả của quá trình tích tụ điện trong các đám mây dông và số lần phóng điện sét từ các đám mây dông phụ thuộc vào tốc độ tái sinh điện tích, độ lớn và sự phân bố của chúng trong lòng các đám mây. - Sét đánh trực tiếp hoặc gián tiếp vào thiết bị điện không những làm hư hỏng các thiết bị điện còn gây nguy hiểm cho người vận hành, làm gián đoạn sản xuất lâu dài của nhà máy, ảnh hưởng đến đại đa số cuộc sống người dân trong khu vực. Chính vì vậy sự nguy hại đến tính mạng con người và công trình, phòng chống sét cho công trình là hết sức cần thiết. 2. Lựa chọn giải pháp phòng chống sét cho xí nghiệp. - Ngày nay với các phương tiện kỹ thuật tiên tiến các nhà khoa học có điều kiện nghiên cứu các đặc điểm của sét để có các biện pháp phòng chống sét chủ động và tích cực. Tuy nhiên tầm quan trọng của xí nghiệp không cao nên ta chọn giải pháp chống sét theo tập quán kinh điển của Franklin. Tức là dùng một hay nhiều kim thu sét gắn trên nóc mái tôn của tòa nhà hay của công trình. Khoảng không gian gần cột thu lôi mà vật được bảo vệ đặt trong đó, rất có ít khả năng bị sét đánh gọi là vùng hay phạm vi bảo vệ của cột thu lôi. Phạm vi bảo vệ của cột thu lôi phụ thuộc vào chiều cao của thu lôi chống sét và số lượng được sử dụng trong hệ thống chống sét. Sau đây trình bày phương pháp xác định phạm vi bảo vệ của bốn cột thu lôi : h ha hx Rx h = h - a 7 . . . . . . . . . . . . . . b x b bxa b a 4 1 3 2 b Phạm vi bảo vệ của bốn cột thu lôi : hx : Chiều cao của đối tượng được bảo vệ. ha : Chiều cao hiệu dụng của cột thu lôi. 1,6.ha.P (1+ ) hx h ha = h – hx Rx : Trị số bán kính bảo vệ. Rx = 5,5 V h P : Hệ số, với h £ 30m thì P= 1 h > 30 m thì P = bx : Bề ngang hẹp nhất của phạm vi bảo vệ ở độ cao hx. a,b : Khoảng cách giữa các cột. D : Khoảng cách xa nhất giữa hai cột thu lôi. * Kiểm tra điều kiện bảo vệ an toàn cho toàn diện tích cần được bảo vệ. D £ 8.(h – hx) với h £ 30, D £ 8.(h – hx).P với h> 30m. 3. Thiết kế chống sét cho xí nghiệp : Phạm vi cần bảo vệ cho xí nghiệp được phân thành những vùng với kích thước được biểu diễn ở hình sau : 4 5 6 3 2 1 22,5 22,5 Với diện tích của phân xưởng được ra làm những phần đều nhau như trên nên ta chỉ tính toán một vùng còn những vùng khác thì giống như nhau. Trước tiên ta chọn chiều cao hiệu dụng của cột thu lôi là ha = 3m, sử dụng cho toàn bộ xí nghiệp. a. Tính toán cho vùng đặt 6 cột thu lôi như trên hình vẽ. Cao : hx = 9m Ngang : a = 11,25m Dài : b = 20m Dự kiến dùng 6 cột thu lôi bố trí ở các vị trí như trên hình vẽ, như vậy vùng cần bảo vệ được chia ra làm hai phần bằng nhau với kích thước sau : hx = 9m ha = 2m a = 11,25m b = 10 m h = 11m Kiểm tra : Vật có độ cao hx nằm trong phân xưởng sẽ được bảo vệ nếu thỏa mãn điều kiện : Vậy : với chiều cao ha = m và cách bố trí như trên sẽ thỏa mãn bảo vệ cho toàn phần diện tích cần bảo vệ. - Tính toán phạm vi cần bảo vệ : Áp dụng công thức : 4. Thiết kế hệ thống nối đất chống sét. - Tính toán thiết bị nối đất chủ yếu là tính toán điện cực nối đất, còn dây dẫn nối đất thì chọn sao cho bảo đảm độ bền cơ học và độ bền ăn mòn theo qui phạm trang bị điện. Không tính toán dây dẫn nối đất cho các thiết bị có đặt bộ phận nối đất. Trong trường hợp đó phải tính các điện trở mắc nối tiếp của dây nối và điện cực nối đất sao cho tổng điện trở của chúng không vượt quá giá trị cho phép. Hệ thống nối đất chống sét cũng được làm bằng các điện cực đứng và ngang, theo quy phạm an toàn, điện trở nối đất của hệ thống nối đất chống sét phải thảo mãn các yêu cầu : + Điện trở nối đất £ 1W + Hệ thống nối đất chống sét cho thiết bị là hai hệ thống hoàn toàn độc lập nhau. Để tính toán thiết kế hệ thống nối đất chống sét cho xí nghiệp một cách thuận tiện, ta sử dụng các điện cực đứng và ngang có cùng loại với hệ thống nối đất cho thiết bị. Để tính sơ bộ ta lấy điện trở suất đo được tại nơi tiếp đất là : đo = 0,4.104 (Wcm) Ước đoán sơ bộ dùng 50 điện cực thẳng đứng đóng ở độ sâu cách đất 0,8m, dùng thép góc L 60 x 60 x 6 dài 2,5m. Điện trở khuếch tán của một cột thẳng đứng : Trong đó : l : Chiều dài cột , m (l= 2,5m) d = 0,95.b = 0,95.0,06 = 0,057 : Đường kính đẳng trị với b : bề rộng của các cạnh thép góc. tt = K. đo của đất (*) Với K : Hệ số hiệu chỉnh tăng cao. (Hệ số này trang bảng 10 – 1, trang 384 CCĐ – Nguyễn Xuân Phú). Kđ = 1,5 Kng = 2,0 tt = 1,5.0,4.102 = 0,6.102 (Wm) Vậy (**) Điện trở khuyếch tán của n = 50 cọc có xét đến ảnh hưởng màng che được tính theo : (*) Công thức (10 – 9) trang 384 – CCĐ – Nguyễn Xuân Phú (**) Công thức (10 – 12) trang 386 – CCĐ – Nguyễn Xuân Phú Trong đó : R1đ : Điện trở của một cọc hay một điện cực thẳng đứng. hđ : Hệ số sử dụng của các điện cực thẳng đứng. (hđ = 0,56) (Hệ số này tra bảng 10 – 3 Sách CCĐ – Nguyễn Xuân Phú). N : Số cọc : Vậy : Thanh nối dùng thép tròn có đường kính 6mm có : l = 50.5 = 250m b = 2.d = 2.0,006 = 0,012(m) t = 0,8m Điện trở khuyếch tán của thanh nối nằm ngang khi chưa xét đến ảnh hưởng màng che. (với hng=0,28 : tra bảng 10 – 3 trang 387 – CCĐ – Nguyễn Xuân Phú) Điện trở nối đất nhân tạo : Vậy : Với khoảng cách bố trí như trên là thỏa mãn đạt yêu cầu về kinh tế, kỹ thuật và an toàn . * Kết luận : - Với cách bố trí các cột thu lôi và các điện cực nối đất như trên, thỏa mãn yêu cầu chống sét cho xí nghiệp. - Các cột thu lôi được nối kết với nhau và nối với hệ thống nối đất chống sét của xí nghiệp. Thép góc Ống thép nối a = 5m a = 5m .... l 0,8 t a = 5m Sơ đồ nối đất chống sét. II. THIẾT KẾ NỐI ĐẤT : Máy móc thiết bị sau nhiều năm sử dụng thì chất cách điện của nó bị lão hóa có thể bị rò rỉ điện ra ngoài, người vận hành không tuân theo các quy luật an toàn ... là những nguyên nhân chính dẫn đến tai nạn điện giật, sét đánh trực tiếp hoặc gián tiếp vào thiết bị điện không những làm hư hỏng các thiết bị điện mà còn gây nguy hiểm cho người vận hành. Do đó trong hệ thống cung cấp điện nhất thiết phải có biện pháp an toàn có hiểu quả và tương đối đơn giản là thực hiện việc nối đất cho thiết bị điện và các thiết bị chống sét. Trang bị điện nối đất bao gồm các điện cực và dây dẫn nối đất. 1. Chọn hình thức bảo vệ cho xí nghiệp : Để đề phòng điện rò ra các bộ phận bình thường không mang điện, biện pháp chủ yếu là thực hiện nối đất các vỏ kim loại theo các hình thức : - Bảo vệ dây trung tính mục đích là dây dẫn trung tính giữa nguồn (máy phát hay máy biến áp) và vỏ thiết bị điện được bảo vệ phải tính toán sao cho dòng điện sự cố ít nhất phải vượt quá ba lần dòng điện định mức của cầu chì nóng chảy gần hết. - Nốt đất bảo vệ mục đích để giảm điện áp so với đất đến giá trị an toàn cho người ở các bộ phận kim loại bình thường không mang điện nhưng do cách điện bị hỏng có điện rò ra. 2. Tính toán trang bị nối đất : Thực tế của xí nghiệp không cần nối đất lặp lại ở cuối đường dây 380/220V (Do chiều dài dây nhỏ hơn 100m) mà chỉ nối đất trung tính của trạm biến áp, điện trở nối đất lặp lại không vượt quá 4 W. Tính toán tương tự như nối đất chống sét xí nghiệp. Sơ bộ ta lấy điện trở suất nơi tiếp đất đo = 0,4.104 (Wcm) Dùng 4 điện cực thẳng đứng đóng ở độ sâu cách mặt đất là 0,8m, dùng thép góc L60 x 60 x 6 dài l = 2,5m. (Hệ số hiệu chỉnh tăng cao (K) tra bảng 10 – 1 trang 384 sách CCĐ – Tg Nguyễn Xuân Phú). Kđ = 1,5 Kng = 2,0 rttđ đ 4 4 2 = 0 , 366 l . (lg . 2 l d + 1 2 lg . 4 . t + l 4 t _ l ) Trong đó : = K . = 1 , 5 . 0 , 4 . 10 = 0 , 6 . 10 cm ) t = 0 , 8 + l 2 = 0 , 8 + 2 , 5 2 = 2 , 05 ( m ) d = 0 , 95 . b = 0 , 95 . 0 , 06 = 0 , 057 ( m ) = 0 , 366 l . 0 , 6 . 10 (lg . 2 . 2 , 5 0 , 057 + 1 2 lg . 4 . 2 , 05 + 2 , 5 4 . 2 , 05 _ 2 , 5 ) = 18 , 27 ( Điện trở khuyếch tán của một cột thẳng đứng là : R1đ (W rđo rttđ R1đ W) R1đ Các cọc được đóng thành mạch vòng cách nhau là : a = 2.l = 2.2,5 = 5m Hệ số sử dụng cọc đứng, ngang. Tra bảng 10 – 3, trang 387 – Sách CCĐ – Tg Nguyễn Xuân Phú. hđ = 0,78 hng = 0,55 Điện trở khuyếch tán của cả 4 cọc : Thanh nối dùng thép tròn có đường kính 6mm có : l = 4.a = 4.5 = 20 (m) b =2.d = 2.0,006 = 0,012 (m) t = 0,8m Điện trở khuyếch tán của thanh nối nằm ngang chưa xét đến ảnh hưởng màng che. Điện trở khuyếch tán của thanh ngang : Điện trở nối đất nhân tạo : Vậy số cọc chọn 4 cọc là phù hợp. Sơ đồ bố trí các điện cực nối đất. Thép góc Ống thép nối t = 0,8 + l 2 l=2,5m 0,8 a = 5m KẾT LUẬN Sau 6 tuần làm đồ án tốt nghiệp cung cấp điện, với sự hướng dẫn tận tình của thầy Hồ Xuân Thanh. Đến nay em đã hoàn thành đồ án này. Qua tập đồ án đã giúp em nắm vững về những kiến thức cơ bản đã được học để giải quyết những vấn đề trong công tác thiết kế vận hành hệ thống cung cấp điện. Tập đồ án này giải quyết được những vấn đề : - Xác định phụ tải. - Xác định dung lượng, số lượng máy biến áp. - Chọn dây dẫn và thiết bị bảo vệ. - Tính toán về điện và ngắn mạch. - Bù công suất phản kháng. - Chống sét – nối đất. Với thời gian làm đồ án không nhiều, kiến thức tài liệu thông tin có hạn, nên đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót và chưa giải quyết được các vấn đề : - Chọn thiết bị đo lường. - Thiết kế mạng điện chiếu sáng. - Lập bảng dự trù vật tư và chi phí. Các vấn đề chưa giải quyết được em xin từng bước hoàn thiện sau. Rất mong được sự góp ý chân tình của các thầy cô giáo trong nhà trường đặc biệt là thầy cô trong khoa điện và các bạn nhằm làm cho bản thuyết minh ngày càng được hoàn thiện hơn. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của thầy hướng dẫn Hồ Xuân Thanh và các thầy cô trong khoa điện cho việc hoàn thành đồ án tốt nghiệp của em đúng thời hạn. Sinh viên thực hiện NGUYỄN HUỲNH ĐỨC LỄ Lớp : 97NĐKC