Luận án Thiết kế cung cấp điện cho xưởng cơ khí

LỜI NÓI ĐẦU Từ năm 2000 theo sự lãnh đạo của Đảng và nhà nước.Nước ta bắt đầu thực hiện công cuộc công nghiệp hóa-hiện đại hóa đất nước và phấn đấu năm 2020 nước ta sẽ trở thành nước công nghiệp hóa.Sau nửa chặng đường phấn đấu,ngành công nghiệp nước ta đã có những thay đổi đáng kể cho sự phát triển.Đóng góp của ngành điện là rất quan trọng.Các phương pháp thiết kế cung cấp điện cho cả nước nói chung và cho các khu công nghiệp nói riêng đã làm nền tảng để chúng ta có thể hoàn thành công cuộc thay đổi một các an toàn và bền vững. Căn cứ vào tình hình thiếu điện và sự phát triển ngày một lớn của ngành công nghiệp chúng ta cần phải có nhưng phương án thiết kế cung cấp điện sao cho thật phù hợp đảm bảo các yêu cầu:an toàn,tiện lợi,đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện,đảm bảo về yếu tố kinh tế…Thiết kế cung cấp điên là một công việc quan trọng và rất khó khăn ,một công trình điện dù là nhỏ nhất cũng yêu cầu kiến thức tổng hợp từ hàng loạt chuyên ngành hẹp(cung cấp điện,thiết bị điện,kỹ thuật cao áp,an toàn…).ngoài ra người thiết kế cần phải có sự hiểu biết nhất định về xã hội,môi trường,đối tượng cấp điện và những lý luận thực tiễn.Công trình thiết kế dư thừa sẽ gây lãng phí về kinh tế,tổn hao lớn.Những công trình thiết kế sai sẽ dẫn đến độ tin cậy cấp điện thấp hoặc gây cháy nổ,hư hỏng thiết bị…. Nhóm chúng em đã thực hiện các yêu cầu sau: 1.Tính phụ tải tính toán. 2.Vẽ sơ đồ mặt bằng và xác định vị trí tâm của phụ tải. 3.Thiết lập sơ đồ nguyên lý và sơ đồ đi dây 4.tính toán lựa chọn dây cáp và khí cụ bảo vệ 5.Tính toán tổn thất công suất và tổn thất điện năng . Sau thời gian tìm hiểu,nghiên cứu các tài liệu liên quan kết hợp với những hướng dẫn nhiệt tình của cô Nguyễn Thúy May và các bạn cùng sự cố gắng của các thành viên trong nhóm chúng em đã hoàn thành xong những yêu cầu cung cấp điện cho một xưởng sửa chữa cơ khí.Do thời gian có hạn và tài liệu còn hạn chế nên cũng còn nhiều sai sót.Nhóm chúng em rất mong được sự phê bình đánh giá và góp ý của thầy cô và các bạn. Thái Bình,ngày 15 tháng 04 năm 2011 Nhóm sinh viên NHẬN XÉT CỦA GVHD ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... Thái Bình,ngày tháng năm 2011 NHẬN XÉT CỦA HĐBV ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... Thái Bình,ngày tháng năm 2011 ĐỀ TÀI 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG CƠ KHÍ. Hãy thiết kế cấp điện cho phân xưởng cơ khí của liên hợp hóa chất ( dễ cháy nổ, có quy mô mở rộng trong thời gian tới). Kích thước phân xưởng (20 x 60 m) . Các thiết bị đều làm việc ở điện áp 380/220V, tên gọi và số lượng các thiết bị được liệt kê trong bảng. (bảng số liệu kèm theo) Yêu cầu : 1.Tính phụ tải tính toán. 2.Vẽ sơ đồ mặt bằng và xác định vị trí tâm của phụ tải. 3.Thiết lập sơ đồ nguyên lý và sơ đồ đi dây 4.tính toán lựa chọn dây cáp và khí cụ bảo vệ 5.Tính toán tổn thất công suất và tổn thất điện năng . BẢNG SỐ LIỆU STT Tên máy Kí hiệu Loại Công suất (kW) Số lượng Ghi chú NHÓM 1 1 Tiện ren 7 T616 4,5 2 2 Máy xọc 5 VN 8,4 3 3 Tiện cụt 11 T54 20 1 4 Máy tiện tự động 10 T36 10 3 5 Quạt gió(Up) 1 VN 0,6 1 6 Máy phay 45 VN 10 1 NHÓM 2 1 Máy phay 45 VN 10 3 2 Quạt gió(Up) 1 VN 0,6 1 3 Máy cưa 3 9 VN 4,5 2 4 Mài tròn vạn năng 11 3A130 2,8 1 5 Máy mài tròn 15 PA274 6,5 2 NHÓM 3 1 Máy cưa 3 13 8531 1,7 3 2 Mài tròn vạn năng 16 3A130 2,8 2 3 Máy mài tròn 15 PA274 6,5 3 4 Quạt gió(Up) 1 VN 0,6 1 NHÓM 4 1 Máy cưa 2 4 8531 2.8 1 2 Máy phay 45 VN 10 2 3 Máy phay vạn năng 27 Đức 4,5 2 4 Khoan bàn 26 NC12A 1,6 2 5 Máy cưa 2 4 8531 2,8 2 6 Máy tiện vạn năng 91 1K62A 14 1 7 Quạt gió (Up) 1 VN 0,6 2 NHÓM 5 1 Tiện ren 7 T616 4.5 2 2 Máy tiện tự động 10 T36 14 3 3 Tiện cụt 11 T54 20 4 4 Máy phay 45 VN 10 1 5 Máy bào giường 13 Liên Xô 20 2 6 Máy phay vạn năng 28 Đức 4.5 4 7 Quạt gió() 1 VN 0.6 2 NHÓM 6 1 Máy cưa 1 2 8531 1,6 4 2 Máy mài tròn 15 PA274 6,5 2 3 Quạt gió() 1 VN 0.6 1 NHÓM 7 1 Máy bào 1 17 VN 4,5 3 2 Máy bào 2 20 VN 2,8 2 3 Quạt gió() 1 VN 0.6 1 NHÓM 8 1 Máy cuốn dây 1 13 VN 1.1 3 2 Máy cuốn dây 2 14 VN 2,2 1 3 Máy phay vạn năng 27 Đức 7,5 2 4 Khoan bàn 26 NC12A 1,2 3 NHÓM 9 `1 Máy uốn tôn 12 VB 1,5 2 2 Máy hàn điểm 1(k%=36%) 19 MPT 25kVa 1 3 Máy hàn điểm 2(k%=49%) 20 MPT 18 KvA 3 4 Tiện cụt 21 T630 14 2 5 Quạt gió() 1 VN 0.6 1 NHÓM10 1 Quạt gió() 1 VN 0,6 1 2 Máy cưa 1 2 8531 2,2 3 3 Máy mài tròn 15 PA274 6,5 2 4 Máy xọc 5 VN 8,4 1 5 Máy cưa 2 4 8531 2,8 2 CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN CỦA PHÂN XƯỞNG CƠ KHÍ I.Khái niệm về phụ tải điện Phụ tải điện là số liệu đầu tiên và quan trọng nhất để tính toán thiết kế hệ thống cung cấp điện. Xác định phụ tải điện quá lớn so với thực tế sẽ dẫn đến chọn thiết bị quá lớn làm tăng vốn đầu tư. Xác định phụ tải điện quá nhỏ sẽ bị quá tải gây cháy nổ hư hại công trình làm mất điện. Xác định chính xác phụ tải điện là việc làm khó. Công trình điện thường phải được thiết kế lắp đặt trước khi có đối tượng sử dụng điện. Ví dụ, cần thiết kế và lắp đặt trạm biến áp trung gian để cấp điện cho khu chế xuất ngay từ giai đoạn xây dựng cơ sở hạ tầng (đường giao thông, điện nước) sau đó mới mời các xí nghiệp vào mua đất xây dựng nhà máy. Khi thiết kế lắp đặt đường dây cao áp và trạm biến áp trung gian cấp điện cho khu chế xuất người thiết kế chỉ biết thông tin rất ít: diện tích khu chế xuất và tính chất của các xí nghiệp sẽ xây dựng tại đó (công nghiệp nặng, nhẹ). Phụ tải cần xác định trong giai đoạn tính toán thiết kế hệ thống cung cấp điện gọi là phụ tải tính toán. Cần lưu ý phân biệt phụ tải tính toán và phụ tải thực tế khi các nhà máy đã đi vào hoạt động. Phụ tải tính toán là phụ tải gần đúng chỉ dùng để tính toán thiết kế hệ thống cung cấp điện, còn phụ tải thực tế là phụ tải chính xác có thể xác định được bằng các đồng hồ đo điện trong quá trình vận hành. Có nhiều phương pháp xác định phụ tải điện. Cần căn cứ vào lượng thông tin thu nhận được qua từng giai đoạn thiết kế để lựa chọn phương pháp phù hợp. Càng có nhiều thông tin về đối tượng sử dụng càng lựa chọn được phương pháp chính xác. II. Phụ tải động lực 1. Cơ sở lý luận: a. Đặc điểm hộ tiêu thụ. + Thiết bị hay còn gọi là thiết bị tiêu thụ là những thiết bị tiêu thụ điện năng như: động cơ điện, lò điện, đèn điện… + Hộ tiêu thụ là một bộ phận quan trọng của hệ thống cung cấp điện, nơi biến đổi điện năng thành các dạng năng lượng khác để sử dụng sản xuất dân dụng… + Phụ tải điện là một đại lượng đặc trưng cho công suất tiêu thụ của các thiết bị hoặc các hộ tiêu thụ điện năng. + Xác định phụ tải là công việc đầu tiên của công tác thiết kế hệ thống điện nhằm mục đích lựa chọn và kiểm tra các phần tử mang điện và máy biến áp theo điều kiện phát nóng, lựa chọn các thiết bị bảo vệ… + Khi thiết kế và vận hành hệ thống điện cung cấp cho xí nghiệp chú ý 3 dạng cơ bản sau: Công suất tác dụng P. Công suất phản kháng Q. Dòng điện I. + Tùy theo tầm quan trọng trong ngành kinh tế xã hội, các hộ tiêu thụ được cung cấp điện với mức độ tin cậy khác nhau và phân thành 3 loại: - Hộ tiêu thụ loại 1: Là những hộ tiêu thụ khi ngừng sự cung cấp điện sẽ gây nên những hậu quả nguy hiểm đến tính mạng con người, làm thiệt hại lớn kinh tế dẫn đến sự hư hỏng thiết bị, gây rối loạn và công nghệ phức tạp, làm hư hỏng hàng loạt sản phẩm hoặc có ảnh hưởng không tốt về phương diện. VD: Xí nghiệp luyện kim, xí nghiệp hóa chất, cơ quan nhà nước…. Đối với hộ loại này phải có 2 nguồn độc lập hoặc có nguồn dự phòng. - Hộ loại 2: Là những hộ ngừng cung cấp điện thì dẫn đến thiệt hại về kinh tế do ngừng sản xuất, hư hỏng sản phẩm, lãng phí lao động. VD: nhà máy cơ khí, nhà máy thực phẩm công nghệ nhẹ… Đối với hộ loại này hoặc không có thêm nguồn dự phòng thuộc vào sự so sánh giữa vốn đầu tư và hiệu quả kinh tế khi ngừng cung cấp điện. Cho phép mất điện từ 1 đến 2 giờ. - Hộ loại 3: Là tất cả các hộ tiêu thụ còn lại, ngoài hộ loại 1 và 2, cho phép cung cấp điện tin cậy cho phép thấp. Nghĩa là cho phép mất điện trong thời gian sửa chữa khắc phục sự cố. cho phép từ 4 đến 5 giờ. b. Những yêu cầu cần thiết trong cung cấp điện: Độ tin cậy cung cấp điện: tùy thuộc vào loại hộ tiêu thụ trong điều kiện cho phép ta cố gắng chọn phương án độ tin cậy càng cao. Chất lượng điện: đánh giá bằng tần số và điện áp. Tần số do cơ quan hệ thống điện điều chỉnh. Do đó người thiết kế chỉ quan tâm đến chất lượng điện áp. Nói chung điện áp ở cao thế và trung thế chỉ có thể giao động quanh giá trị 5 điện áp định mức. An toàn trong cung cấp điện: hệ thống cung cấp điện phải vận hành với người và thiết bị. Do đó phải chọn hồ sơ hợp lý, mạch lạc, rõ ràng. Kinh tế: so sánh đánh giá thông qua tính toán từ đó chọn phương án hợp lý ít tốn kém. 2. Xác định phụ tải tính toán: Hiện nay có nhiều phương pháp xác định phụ tải tính toán. Thông thường những phương pháp đơn giản thì cho kết quả không chính xác, ngược lại muốn độ chính xác cao thì phương pháp tính toán lại phức tạp. Do vậy, phải biết cân nhắc để lựa chọn phương pháp tính cho thích hợp. Nguyên tắc chung để tính toán phụ tải là tính thiết bị dùng điện trở ngược về nguồn. Mục đích của việc tính toán phụ tải: Chọn tiết diện dây dẫn của lưới điện cung cấp một cách kinh tế. Chọn số lượng và công suất máy biến áp hợp lý. Chọn tiết diện thanh dẫn của thiết bị phân phối có tính kinh tế. Chọn các thiết bị chuyển mạch bảo vệ hợp lý. Sau đây là một số phương án tính toán: 2.1. Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng trên đơn vị sản phẩm: Đối với các hộ tiêu thụ có đồ thị phụ tải không thay đổi hoặc thay đổi ít, phụ tải tính toán được lấy bằng giá trị trung bình của các phụ tải lớn nhất, hệ số đóng điện của các hộ tiêu thụ này bằng 1, còn hệ số phụ tải thay đổi rất ít. Phụ tải tính toán được tính theo suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị sản phẩm khi cho trước tổng sản phẩm sản xuất trong một khoảng thời gian. Ptt=Ptb= Trong đó: Mca: Số sản phẩm sản xuất trong 1 ca. Tca: Thời gian của ca phụ tải lớn nhất W0: suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị sản phẩm(kwh/1dvsp) Khi biết W0 và tổng sản phẩm sản xuất trong năm M của phân xưởng hay xí nghiệp, phụ tải tính toán sẽ là: Ptt= Tmax: thời gian sử dụng công suất lớn nhất Được sử dụng tính toán đối với các thiết bị có đồ thị phụ tải ít biến đổi như quạt gió, bơm nước… khi đó Ptt=Ptb kết quả tương đối chính xác. 2.2. Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản phẩm: Ptt=P0F F: Diện tích bố trí nhóm hộ tiêu thụ. P0: suất phụ tải trên 1 đơn vị diện tích sản xuất là m2, kw/m2 Phương pháp này chỉ cho kết quả gần đúng. Nó được dùng để tính các phụ tải phần xưởng. Có mật độ máy móc sản xuất phân bố tương đối đều. 2.3. Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt: Ptt=Knc Qtt=Ptttg Stt== 3. Xác định đồ thị phụ tải theo hệ số cực đại Kmax và công suất trung bình Ptb. Phụ tải tính toán cho một nhóm n máy xác định theo công thức căn cứ vào công suất trung bình Ptt và hệ số cực đại Kmax. Ptt= KmaxPtb = Kmax . Ksd Qtt= Ptt x tg Trong đó: Ptt=Ksd công suất trung bình của nhóm máy trong thời gian khảo sát, thường lấy là 1 ca hay 1 ngày đêm. Ptt - Công suất định mức của máy, nhà chế tạo cho. Ksd - Hệ số sử dụng, tra PL1, ví dụ với nhóm công cụ tra được Ksd=0,14 - 0,2 cos- hệ số suất của nhóm máy công cụ cos=0,5 - 0,6 t(h) Hình minh họa các đại lượng Ptt,Ptb,Pdm. Kmax hệ số cực đại, tra PL5(theo Ksd và nnq) Nnq số thiết bị điện dùng hiệu quả, nnq if số thiết bị giả tưởng có công suất bằng nhau, có cùng chế độ làm việc và gây ra 1 phụ tải tính toán đúng gần bằng phụ tải tính toán do nhóm thiết bị thực tế gây ra. Ý nghĩa của nhq là ở chỗ: mộ