Tài liệu Kỹ thuật: Bài tập dài hệ thống cung cấp điện đề tài thiết kế cấp

Bài tập thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy dệt. Hướng dẫn chi tiết tính toán phụ tải, lựa chọn thiết bị và sơ đồ cấp điện.

• Tác giả: Trần Sỹ Nhật Minh
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Hồng Nhung
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Hệ thống cung cấp điện
• Đề tài: Thiết kế cấp điện cho nhà máy liên hợp dệt
• Loại tài liệu: Bài tập dài
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái niệm về bài tập dài hệ thống cung cấp điện

Bài tập dài hệ thống cung cấp điện là một đề tài quan trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư điện tại các trường đại học. Đây là công việc thiết kế toàn diện, yêu cầu sinh viên áp dụng các kiến thức về thiết kế cấp điện, lựa chọn thiết bị điện, tính toán phụ tải điện và kinh tế kỹ thuật. Bài tập này thường được thực hiện cho các dự án công nghiệp thực tế như nhà máy dệt, nhà máy sản xuất hoặc các cơ sở công nghiệp lớn. Mục tiêu là giúp sinh viên hiểu rõ về quy trình thiết kế mạng điện, từ xác định phụ tải tính toán đến lựa chọn các thiết bị phân phối điện phù hợp. Ngoài ra, bài tập còn rèn luyện kỹ năng làm việc nhóm, phân chia công việc hợp lý và tổng hợp thành một tài liệu hoàn chỉnh.

1.1. Định nghĩa và phạm vi thiết kế

Thiết kế hệ thống cung cấp điện bao gồm việc xác định nhu cầu điện năng, chọn cấp điện áp, thiết kế mạng điện cao áp và mạng điện hạ áp. Phạm vi công việc bao gồm: xác định phụ tải điện, đề xuất sơ đồ cung cấp điện, lựa chọn máy biến áp, chọn dây dẫn và thiết bị bảo vệ. Bài tập đòi hỏi tính toán chi tiết, kiểm tra các tiêu chuẩn kỹ thuật và đánh giá hiệu quả kinh tế.

1.2. Tầm quan trọng trong thực tế công nghiệp

Trong thực tế, thiết kế cấp điện không chỉ đảm bảo cung cấp điện ổn định mà còn tối ưu hóa chi phí đầu tư và vận hành. Một thiết kế tốt giúp giảm tổn thất điện năng, nâng cao độ tin cậy cung cấp, bảo vệ an toàn cho người lao động. Bài tập dài giúp sinh viên hiểu được các yêu cầu thực tế này.

II. Các bước xác định phụ tải tính toán

Xác định phụ tải tính toán là bước đầu tiên và quan trọng nhất trong quá trình thiết kế hệ thống cung cấp điện. Phụ tải tính toán được xác định dựa trên công suất danh định của các thiết bị sản xuất, hệ số sử dụng đồng thời và hệ số mở rộng. Đối với mỗi phân xưởng, cần phân loại hộ tiêu thụ theo các nhóm khác nhau (loại I, II, III) để áp dụng các hệ số phù hợp. Quá trình này bao gồm: tính toán phụ tải động lực cho các nhóm phụ tải riêng biệt, tính toán phụ tải cho từng phân xưởng, và cuối cùng là xác định phụ tải tính toán của toàn nhà máy. Kết quả này là cơ sở để lựa chọn công suất máy biến áp, thiết diện dây dẫn và các thiết bị điện khác.

2.1. Phân loại hộ tiêu thụ và hệ số áp dụng

Hộ tiêu thụ được chia thành ba loại chính: loại I (máy kéo sợi, dệt vải), loại II (máy nhuộm, giặt là), loại III (máy mộc, trạm bơm). Mỗi loại có hệ số sử dụng đồng thời (Kc) và hệ số mở rộng (Km) khác nhau. Việc phân loại chính xác ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của phụ tải tính toán.

2.2. Tính toán phụ tải cho từng phân xưởng

Phụ tải tính toán của mỗi phân xưởng được tính bằng công thức: Pp = Pđm × Kc × (1 + Km), trong đó Pđm là công suất danh định. Các phân xưởng sử dụng kéo sợi, dệt vải có phụ tải tính toán cao do loại máy công suất lớn. Phân xưởng sửa chữa cơ khí cần tính riêng dựa trên danh sách thiết bị chi tiết.

III. Thiết kế mạng điện cao áp và lựa chọn thiết bị

Thiết kế mạng điện cao áp là phần quan trọng của bài tập, bao gồm việc chọn cấp điện áp phù hợp (thường 35kV hoặc 22kV), đề xuất các phương án sơ đồ cung cấp điện, lựa chọn máy biến áp, chọn thiết diện dây dẫn và các thiết bị bảo vệ. Việc lựa chọn cấp điện áp phụ thuộc vào phụ tải tính toán, khoảng cách từ nguồn đến nhà máy, và các điều kiện địa phương. Đối với nhà máy liên hợp dệt, cấp điện áp 35kV thường được chọn do phụ tải tính toán khá lớn. Bước tiếp theo là đề xuất các phương án sơ đồ khác nhau (cung cấp từ một nguồn hoặc hai nguồn, sử dụng một hoặc hai trạm biến áp), sau đó so sánh kinh tế kỹ thuật để chọn phương án tối ưu.

3.1. Chọn cấp điện áp và máy biến áp

Cấp điện áp nguồn được chọn dựa trên phụ tải tính toán của nhà máy. Đối với công suất lớn (trên 1000kW), cấp 35kV hoặc 22kV thường được sử dụng. Công suất máy biến áp được chọn lớn hơn phụ tải tính toán từ 10-15% để có dự phòng. Cần kiểm tra điều kiện nhiệt độ, dòng điện xoáy và hiệu suất của máy biến áp.

3.2. Lựa chọn dây dẫn và thiết bị bảo vệ

Thiết diện dây dẫn được chọn dựa trên dòng điện tính toán và điều kiện đặt dây. Cần kiểm tra tổn thất điện áp không vượt quá 5-7% ở mạng cao áp. Các thiết bị bảo vệ như công tắc cắt mạch, ngắt mạch bảo vệ quá tải được lựa chọn dựa trên dòng điện danh định và dòng ngắn mạch.

IV. Tính toán kinh tế kỹ thuật và thiết kế chi tiết

Tính toán kinh tế kỹ thuật là bước cuối cùng để so sánh các phương án thiết kế và chọn phương án tối ưu nhất. Bước này bao gồm: xác định vốn đầu tư thiết bị (máy biến áp, dây dẫn, công tắc), tính chi phí vận hành hàng năm (tổn thất điện năng, tiền điện), và xác định thời gian hoàn vốn. Phương án được chọn là phương án có chi phí tổng cộng thấp nhất trong suốt vòng đời thiết kế (thường 25-30 năm). Sau khi chọn phương án, cần tiến hành thiết kế chi tiết bao gồm: chọn thiết diện dây dẫn nối từ hệ thống điện về nhà máy, tính toán dòng ngắn mạch để lựa chọn thiết bị bảo vệ, thiết kế mạng điện hạ áp cho từng phân xưởng, đặc biệt là mạng điện hạ áp của phân xưởng sửa chữa cơ khí với tất cả các máy công cụ chi tiết.

4.1. Phương pháp so sánh kinh tế các phương án

Chi phí vốn đầu tư (V) bao gồm giá thiết bị và chi phí lắp đặt. Chi phí vận hành hàng năm (C) được tính từ tổn thất công suất bằng công thức: tổn thất = I²R, nhân với giờ vận hành năm và giá điện. Tổng chi phí được tính: Ctổng = V + C × n (n là số năm vận hành). Phương án có Ctổng thấp nhất được chọn.

4.2. Thiết kế chi tiết cho phương án chọn

Sau khi chọn phương án tối ưu, cần thiết kế mạng điện hạ áp chi tiết, bao gồm: sơ đồ nguyên lý mạng điện hạ áp, sơ đồ mặt bằng, tính toán dòng ngắn mạch 3 pha và 2 pha, lựa chọn các thiết bị phân phối, kiểm tra điều kiện hoạt động của các thiết bị đã chọn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. Yêu cầu thiết kế 1.1 Các số liệu ban đầu: + Phụ tải điện của nhà máy (Hình 1 và Bảng 1) + Phụ tải điện của phân xưởng sửa chữa cơ khí (Hình 2 và Bảng 2) + Điện áp nguồn: Uđm = 35kV, 22kV + Dung lượng ngắn mạch về phía hạ áp của trạm biến áp khu vực: 250MVA + 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 = 300.2 Phụ tải điện của nhà máy TT Tên phân xưởng Công suất đặt (kW) Loại hộ tiêu thụ 1 PX kéo sợi 1400 + 20*a I 2 PX dệt vải 2500 I 3 PX nhuộm và in hoa 1200 I 4 PX giặt là và đóng gói thành phẩm 600 I 5 PX sửa chữa cơ khí Theo tính toán III 6 PX mộc 150+10*a III 7 Trạm bơm 100 III 8 Ban quàn lý và phòng thiết kế 150 III 9 Kho vật liệu trung tâm 50 III 10 Chiếu sáng phân xưởng Theo diện tích 1 bai.det download by : [e-mail] Hnh 1-1 Sơ đồ mặt bằng toàn nhà máy liên hợp dệt 1.3 Phụ tải điện của phân xưởng sữa chữa cơ khí: Bảng 2. Danh sách thiết bị của PXSCCK Pđm (kW) TT Tên phân xưởng SL Nhãn máy 1 máy Toàn bộ BỘ PHẬN DỤNG CỤ 1 Máy tiện ren 2 IA616 7 2 Máy tiện ren 2 IA62 7 3 Máy tiện ren 2 1K62 10 4 Máy tiện ren cấp chính xác cao 1 IJI6Π 1.7 3 Máy doa tọa độ 1 2Δ430 2 6 Máy bào ngang 2 7K36 7 7 Máy xọc 1 7Δ420 2,8 8 Máy phay vạn năng 1 6H82 7 9 Máy phay ngang 1 6H82T 7 10 Máy phay đứng 2 6HI1 2,8 11 Máy mài tròn 2 3Δ240 4,5 12 Máy mài phẳng 1 31IMI 2,8 13 Máy mài tròn 1 3130 2,8 2 bai.det download by : [e-mail] 14 Máy khoan đứng 1 2Δ125 2,8 pđm (kW) TT Tên phân xưởng SL Nhãn máy 1 máy Toàn bộ 13 Máy khoan đứng 1 2135 4,5 16 Máy cắt mép 1 866 Δ 4,5 17 Máy mài vạn năng 1 3A64 1,75 18 Máy mài dao cắt gọt 1 3818 0,65 19 Máy mài mũi khoan 1 36652 1,5 20 Máy mài sắc mũi phay 1 3667 1 21 Máy mài dao chốt 1 360 0,65 22 Máy mài mũi khoét 1 3659 2,9 23 Thiết bị đế hóa bền kim loại 1 ΠΠ-58 0,8 24 Máy giũa 1 - 2.2 25 Máy khoan bàn 2 HCI25 0,65 26 Máy mài tròn 1 - 1,2 27 Máy ép ay kiểu VÍT 1 - - 28 Máy mài thô 1 3N634 2,8 29 Bản đánh dấu 1 - - 30 Bàn thợ nguội 10 - - BỘ PHẬN SỬA CHỮA 31 Máy tiện ren 3 1616 4,5 32 Máy tiện ren 1 1Δ62 7 33 Máy tiện ren 1 1324M 7 34 Máy tiện ren 3 163 A 10 35 Máy tiện ren 1 163 14 36 Máy khoan đứng 2 2A135 4,5 37 Máy khoan hướng tâm 1 2Δ53 4,5 38 Máy bào ngang 1 7A53 2,8 39 Máy bào ngang 1 7A36 10 40 Máy mài phá 1 5A634 4,5 41 Bàn 8 - - 42 Máy khoan bào 1 HCT2A 0,65 43 Máy biến áp hàn 1 CTĐ-24 24,6 3 bai.det download by : [e-mail] Hnh 1-2 Sơ đồ mặt bằng phân xưởng sửa chữa cơ khí 4 bai.det download by : [e-mail] CHƯƠNG 2.

Xác định phụ tải tính toán 2.1 Xác định phụ tải tính toán cho phân xưởng sửa chữa cơ khí Xác định phụ tải tính toán (động lực) cho các nhóm phụ tải a. Phân nhóm phụ tải Trong mỗi phân xưởng thường có nhiều thiết bị có công suất và chế độ làm việc rất khác nhau. Muốn xác định phụ tải tính toán được chính xác cần phải phân nhóm thiết bị điện. Việc phân nhóm thiết bị điện cần tuân theo các nguyên tắc sau: + Các thiết bị trong cùng một nhóm nên ở gần nhau để giảm chiều dài đường dây hạ áp và nhờ vậy có thể tiết kiệm được vốn đầy tư và tổn thất trên các đường dây hạ áp trong phân xưởng.

+ Chế độ làm việc của các thiết bị trong cùng một nhóm nên giống nhau để việc xác + định PTTT được chính xác hơn và thuận lợi hơn cho việc lựa chọn phương thức cungcấp điện cho nhóm. + Tổng công suất của các thiết bị trong nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại tủ động lực cần dùng cho phân xưởng và toàn nhà máy. Số thiết bị trong một nhóm khôngnên quá nhiều bởi số đầu ra của các tủ động lực thường nhỏ hơn 12. Tuy nhiên thường thì khó thoả mãn cùng một lúc cả 3 nguyên tắc trên, do vậy người thiết kế cần phải lựa chọn cách phân nhóm sao cho hợp lý nhất.

Dựa theo nguyên tắc phân nhóm phụ tải điện đã nêu ở trên và căn cứ vào vị trí, công suất của thiết bị bố trí trên mặt bằng phân xưởng có thể chia các thiết bị trong phân xưở ng sửa chữa cơ khí thành 5 nhóm: 5 bai.det download by : [e-mail] Nhóm STT Số Ký hiệu Pđm(kW) Iđm(A) Tên thiết bị lượng trên mặt Toàn bằng 1 máy bộ 1 Máy tiện ren 2 1 7 14 1 2 Máy tiện ren 2 2 7 14 3 Máy tiện ren 2 3 10 20 4 Máy tiện ren cao cấp chính xác 1 4 1,7 1,7 5 Máy doa tọa độ 1 5 2 2 Tổng 8 51,7 1 Máy bào ngang 2 6 7 14 2 Máy xọc 1 7 2,8 2,8 3 Máy phay vạn năng 1 8 7 7 4 Máy phay ngang 1 9 7 7 2 5 Máy phay đứng 2 10 2,8 5,6 6 Máy mài tròn 2 11 4,5 9 7 Máy mài phẳng 1 12 2,8 2,8 8 Máy mài tròn 1 13 2,8 2,8 Tổng 11 51 1 Máy khoan đứng 1 14 2,8 2,8 2 Máy khoan đứng 1 15 4,5 4,5 3 Máy cắt mép 1 16 4,5 4,5 4 Máy mài vạn năng 1 17 1,75 1,75 5 Máy mài dao cắt gọt 1 18 0,65 0,65 6 Máy mài mũi khoan 1 19 1,5 1,5 7 Máy mài sắc mũi phay 1 20 1 1 3 8 Máy mài dao chốt 1 21 0,65 0,65 9 Máy mài mũi khoét 1 22 2,9 2,9 10 Thiết bị để hóa bền kim loại 1 23 0,8 0,8 11 Máy giữa 1 24 2,2 2,2 12 Máy khoan bàn 2 25 0,65 1,3 13 Máy mài tròn 1 26 1,2 1,2 14 Máy mài thô 1 28 2,8 2,8 Tổng 15 28,55 1 Máy tiện ren 3 31 4,5 13,5 4 2 Máy tiện ren 1 32 7 7 3 Máy tiện ren 1 33 7 7 4 Máy tiện ren 3 34 10 30 5 Máy tiện ren 1 35 14 14 Tổng 9 71,5 1 Máy khoan đứng 2 36 4,5 9 2 Máy khoan hướng tâm 1 37 4,5 4,5 5 3 Máy bào ngang 1 38 2,8 2,8 4 Máy bào ngang 1 39 10 10 5 Máy mài phá 1 40 4,5 4,5 6 Máy khoan bào 1 42 0,65 0,65 7 Máy biến áp hàn 1 43 24,6 7,46 Tổng 8 38,96 6 bai.det download by : skknchat@gmail. Xác định phụ tải tính toán của từng nhóm phụ tải bằng pp sử dụng Ptb & kmax Các giá trị ksd, cos φ, nhq* và kmax tra ở phụ lục PL1. Với phân xưởng sửa chữa cơ khí, tra đượ c ksd = 0,15 và cos φ = 0,6; ksd = 0.2 nên ta xác định theo cách sau: ❖ Nhóm 1 Nhóm STT Tên thiết bị Số Ký hiệu Pđm(kW) Iđm(A) lượng trên mặt Toàn bằng 1 máy bộ 1 Máy tiện ren 2 1 7 14 1 2 Máy tiện ren 2 2 7 14 3 Máy tiện ren 2 3 10 20 4 Máy tiện ren cao cấp chính xác 1 4 1,7 1,7 5 Máy doa tọa độ 1 5 2 2 Tổng 8 51,7 Xác định nhq: 1. Pđm max: máy tiện ren (6)  n1 = 6 + ∑ Pn1 = 14 + 14 + 20 = 48 (kW) n + n∗ = 1 = = 0,75 6 n 8 48 + P ∗ = ∑ P n1 = ∑P = 0,93 đm 51,7 + Tra bảng => nhq = 0,808 * + nhq = n.

0,808 ≈ 6 + ksd = 0,15 & nhq = 6 + Tra bảng => kmax = 2,64 - Tính phụ tải: + Ptt = kmax.det download by : [e-mail] ❖ Nhóm 2 Nhóm STT Tên thiết bị Số Pđm(kW) Iđm(A) lượng Ký hiệu trên mặt Toàn bằng 1 máy bộ 1 Máy bào ngang 2 6 7 14 2 Máy xọc 1 7 2,8 2,8 3 Máy phay vạn năng 1 8 7 7 4 Máy phay ngang 1 9 7 7 2 5 Máy phay đứng 2 10 2,8 5,6 6 Máy mài tròn 2 11 4,5 9 7 Máy mài phẳng 1 12 2,8 2,8 8 Máy mài tròn 1 13 2,8 2,8 Tổng 11 51 Xác định nhq: 1 1. Pđm max  n1 = 6 + ∑ Pn1 = 14 + 7 + 7 + 9 = 37 (kW) n + n∗ = 1 = = 0,55 6 n 11 = 0,73 37 + P ∗ = ∑ n1 = ∑P Pđm 51 + Tra bảng => nhq = 0,84 * + nhq = n. 0,84 ≈ 9 + ksd = 0,15 & nhq = 9 + Tra bảng => kmax = 2,2 - Tính phụ tải: + Ptt = kmax.det download by : [e-mail] ❖ Nhóm 3 Nhóm STT Tên thiết bị Số Pđ kW Iđm(A) lượng Ký hiệu trên mặt Toàn bằng 1 máy bộ 1 Máy khoan đứng 1 14 2,8 2,8 2 Máy khoan đứng 1 15 4,5 4,5 3 Máy cắt mép 1 16 4,5 4,5 4 Máy mài vạn năng 1 17 1,75 1,75 5 Máy mài dao cắt gọt 1 18 0,65 0,65 6 Máy mài mũi khoan 1 19 1,5 1,5 7 Máy mài sắc mũi phay 1 20 1 1 3 8 Máy mài dao chốt 1 21 0,65 0,65 9 Máy mài mũi khoét 1 22 2,9 2,9 10 Thiết bị để hóa bền kim loại 1 23 0,8 0,8 11 Máy giữa 1 24 2,2 2,2 12 Máy khoan bàn 2 25 0,65 1,3 13 Máy mài tròn 1 26 1,2 1,2 14 Máy mài thô 1 28 2,8 2,8 Tổng 15 28,55 Xác định nhq: 1 1. Pđm max  n1 = 5 + ∑ Pn1 = 2,8 + 4,5 + 4,5 + 2,9 + 2,8 = 17,5 (kW) 5 + n∗ = 1 = = 0,33 n n 15 ∑ Pn1 + P∗ = = 0,61 17,5 = 28,55 ∑ Pđm + Tra bảng => nhq* = 0,7 + nhq = n.

0,7 ≈ 10 + ksd = 0,15 & nhq = 10 + Tra bảng => kmax = 2,1 - Tính phụ tải: + Ptt = kmax.det download by : skknchat@gmail.