Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế Cung cấp điện cho Nhà máy gạch Vĩnh Thắng

Tải đồ án thiết kế cung cấp điện nhà máy gạch Vĩnh Thắng. Nội dung chi tiết tính toán phụ tải, chọn máy biến áp, sơ đồ và thuyết minh đầy đủ.

• Tác giả: Phạm Hải Long
• Chuyên ngành: Cung Cấp Điện
• Đề tài: Thiết Kế Cung Cấp Điện Cho Nhà Máy Gạch Vĩnh Thắng
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Địa điểm: Quảng Ninh

Tóm tắt

I. Giới thiệu chung về Nhà máy gạch Vĩnh Thắng

Nhà máy gạch Vĩnh Thắng là một công ty sản xuất gạch men hiện đại, nằm tại xã Kim Sơn, huyện Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh. Với quy mô diện tích khoảng 162 m², nhà máy được thiết kế với 2 khu sản xuất chính, bên cạnh các khu vực hỗ trợ như kho chứa hàng, khu hành chính, và nhà ăn. Đồ án cung cấp điện cho nhà máy này được xây dựng nhằm đáp ứng nhu cầu cung cấp điện ổn định và hiệu quả cho toàn bộ quy trình sản xuất. Sản phẩm gạch men của công ty phục vụ cho các công trình xây dựng công nghiệp và dân sinh, đảm bảo các yêu cầu cao về thẩm mỹ và độ bền cơ học. Hệ thống cung cấp điện được thiết kế theo quy chuẩn kỹ thuật hiện hành, đảm bảo an toàn và hiệu quả năng lượng.

1.1. Loại hình sản xuất và quy trình công nghệ

Nhà máy sở hữu 2 phân xưởng sản xuất chính: phân xưởng sản xuất gạch men cao cấp (40x40cm) với 2 dây chuyền, và phân xưởng sản xuất gạch men loại 2 (30x30cm) với 1 dây chuyền. Quy trình công nghệ hiện đại bao gồm: cân đo nguyên liệu, máy ép, lò sấy 5 tầng, lò nung xương ở 1500°C, dây chuyền tráng men, và lò nung men. Toàn bộ dây chuyền sản xuất được tự động hóa hoàn toàn bằng các máy móc chạy điện từ lò nung đến hoàn thành sản phẩm cuối cùng.

1.2. Quy mô và yêu cầu cung cấp điện

Nhà máy gạch Vĩnh Thắng bao gồm 9 khu vực phụ tải chính với tổng công suất chính là phân xưởng sản xuất gạch men cao cấp (5225 kW - mức độ quan trọng Rất cao) và phân xưởng gạch men loại 2 (2625 kW - mức độ quan trọng Quan trọng). Yêu cầu cung cấp điện phải đảm bảo độ lệch điện áp ±5% cho điện áp định mức, với các thiết bị sử dụng điện áp 0,4kV.

II. Xác định phụ tải và thiết bị sản xuất

Quá trình xác định phụ tải nhà máy là bước quan trọng trong thiết kế cung cấp điện cho Nhà máy gạch Vĩnh Thắng. Phụ tải của nhà máy được chia thành 2 loại chính: phụ tải động lực và phụ tải chiếu sáng. Phụ tải động lực chiếm tỷ lệ lớn, bao gồm các thiết bị ba pha như máy ép, máy nén khí, lò sấy, lò nung xương, lò nung men với công suất định mức (Pdm) khác nhau. Các thiết bị này hoạt động theo chế độ làm việc dài hạn với hệ số công suất cosφ khác nhau (từ 0,6 đến 0,79). Đồ án thiết kế tính toán chi tiết công suất cho mỗi phân xưởng nhằm xác định chính xác tổng phụ tải để lựa chọn máy biến áp và các thiết bị cung cấp điện phù hợp.

2.1. Phụ tải động lực chính

Phụ tải động lực của nhà máy gạch Vĩnh Thắng bao gồm các thiết bị quan trọng: máy ép (150kW), máy nén khí (150kW), lò sấy 5 tầng (300kW), lò nung xương (200kW), máy nghiền men (120kW), lò nung men (140kW). Các thiết bị này hoạt động liên tục với hệ số công suất cosφ từ 0,6 đến 0,79. Tổng công suất động lực của 2 phân xưởng sản xuất chính lên đến hàng nghìn kW, yêu cầu cung cấp điện ổn định và đáng tin cậy.

2.2. Phụ tải chiếu sáng và các khu vực hỗ trợ

Phụ tải chiếu sáng của nhà máy là loại phụ tải một pha, công suất nhỏ, được sử dụng để đảm bảo ánh sáng cho các khu vực sản xuất, kho chứa (150m² yêu cầu 0,3Pdl), trạm than (240m² yêu cầu 0,66Pdl), nhà ăn, khu hành chính, phòng thí nghiệm, và khu xử lý chất thải. Các khu vực này yêu cầu độ lệch điện áp ±5% để đảm bảo chất lượng chiếu sáng và an toàn.

III. Phương án cấp điện và chọn máy biến áp

Chọn phương án cấp điện cho Nhà máy gạch Vĩnh Thắng là quyết định then chốt trong đồ án thiết kế cung cấp điện. Phương án cấp điện phải đáp ứng các yêu cầu về công suất định mức, điện áp định mức và tần số, đảm bảo độ tin cậy cao cho các phân xưởng sản xuất mức độ quan trọng. Máy biến áp được lựa chọn dựa trên tổng phụ tải tính toán của nhà máy, với khả năng chịu tải của các thiết bị điện như máy ép, lò nung, và các thiết bị hỗ trợ khác. Thiết kế phải đảm bảo an toàn điện, giảm tổn hao, và tối ưu chi phí vận hành. Cung cấp điện ổn định được ưu tiên để đảm bảo liên tục hoạt động sản xuất, đặc biệt là các lò nung với nhiệt độ 1500°C cần điều khiển chính xác.

3.1. Tiêu chí lựa chọn phương án cấp điện

Phương án cấp điện được lựa chọn dựa trên mức độ quan trọng của các phủ tải: phân xưởng sản xuất gạch men cao cấp (mức độ Rất quan trọng) và phân xưởng gạch men loại 2 (mức độ Quan trọng). Đồ án thiết kế phải đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, công suất đủ cho tổng phụ tải, điện áp ổn định ±5% Udm, và tần số 50Hz. Các thiết bị cấp điện phải chịu được dòng ngắn mạch cao từ lò nung và máy ép.

3.2. Tính toán và chọn máy biến áp thích hợp

Máy biến áp được chọn dựa trên công suất toàn nhà máy, với khả năng cấp điện cho 2 phân xưởng sản xuất chính có tổng công suất lên đến 7850 kW. Cung cấp điện từ máy biến áp phải đảm bảo điện áp 0,4kV cho các thiết bị sản xuất. Thiết kế bảo vệ điện, hệ thống nối đất, và thiết bị điều khiển phải được tính toán chi tiết theo quy chuẩn kỹ thuật.

IV. Tính toán ngắn mạch nối đất và chế độ làm việc

Tính toán ngắn mạch là phần không thể thiếu trong đồ án cung cấp điện Nhà máy gạch Vĩnh Thắng, nhằm lựa chọn thiết bị bảo vệ điện phù hợp. Dòng ngắn mạch có thể phát sinh từ các thiết bị công suất cao như máy ép (150kW), lò sấy (300kW), lò nung xương (200kW) trong chế độ khởi động hoặc sự cố. Chế độ làm việc của nhà máy là dài hạn, với các máy móc sản xuất hoạt động liên tục từ lò sấy đến lò nung men. Hệ thống nối đất được thiết kế để bảo vệ an toàn điện cho con người và thiết bị, đảm bảo điện áp chạm không vượt quá giới hạn cho phép. Các thiết bị bảo vệ như cầu chì, aptomat, bộ bảo vệ chạm đất được tính toán chính xác để hoạt động nhanh chóng khi có sự cố.

4.1. Tính toán dòng ngắn mạch và chọn thiết bị bảo vệ

Tính toán ngắn mạch xác định dòng ngắn mạch ba pha và một pha tại các điểm khác nhau trong mạng cung cấp điện. Dựa trên kết quả, lựa chọn thiết bị bảo vệ như aptomat, cầu chì có khả năng cắt dòng ngắn mạch. Các thiết bị này phải đáp ứng yêu cầu: khả năng cắt ngang, thời gian phản ứng nhanh, và tính chọn lọc để không ảnh hưởng đến các mạch khác.

4.2. Hệ thống nối đất và chế độ làm việc liên tục

Hệ thống nối đất được thiết kế với điện trở nối đất đảm bảo an toàn, điện áp chạm không vượt quá 50V. Chế độ làm việc dài hạn của các thiết bị như máy ép, lò nung yêu cầu cung cấp điện ổn định không bị gián đoạn. Tính toán chế độ nhiệt của dây dẫn, máy biến áp, để đảm bảo chúng không quá tải trong điều kiện hoạt động bình thường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY 1. Giới thiệu chung về nhà máy. Loại ngành nghề. Ngày nay, nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân cũng được nâng cao nhanh chóng.

Các công trình xây dựng trong công nghiệp cũng như dân sinh luôn được yêu cầu cao về mặt thẩm mỹ và vẫn đảm bảo được các về độ bền cơ học. Cụ thể với đồ án em đang thực hiện thì Công ty trách nhiệm hữu hạn Vĩnh Thắng là một công ty sản xuất gạch men với quy trình công nghệ hiện đại, dây chuyền sản xuất gạch là tự động với các máy móc sử dụng điện hoàn toàn bằng điện từ lò nung, dây chuyền tráng men đến cho khi hoàn thành sản phẩm. Sản phẩm của công ty phục vụ cho các công trình xây dựng công nghiệp đến các các hộ sinh hoạt. Quy mô của nhà máy.

Toàn nhà máy có diện tích khoảng 162. Trong đó có 2 khu sản xuất chính. Ngoài ra còn các khu vực khác như khu nhà kho chứa hàng, khu hành chính của công ty, khu nhà ăn… Hình 1.1 Sơ đồ mặt bằng toàn nhà máy. SVTH: Phạm Hải Long 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Các số liệu thiết kế cung cấp điện cho nhà máy Diện Yêu cầu mức độ Pdl STT Tên phụ tải tích Cos𝜑 tin cậy cung cấp 2 (kW) điện (m ) 1 Khu nguyên liệu 1750 80 0,67 Không Phân xưởng sản xuất gạch Theo tính 2 5225 Rất Quan trọng men cao cấp toán 3 Kho chứa hàng 5100 150 0,3 Không 4 Trạm than 960 240 0,66 Không Phân xưởng sản xuất gạch Theo tính 5 2625 Quan trọng men loại 2 toán 6 Nhà ăn 1225 10 0,7 Không 7 Khu hành chính 360 80 0,75 Không 8 Phòng thí nghiệm 600 80 0,72 Không 9 Khu xử lý chất thải 800 60 0,72 Không Bảng 1.1 Số liệu thiết kế của nhà máy.

- Hiện tại nhà máy có 2 phân xưởng sản xuất:  Phân xưởng sản xuất gạch men cao cấp (loại gạch 40 x 40cm).Trong phân xưởng này có 2 dây chuyền sản xuất gạch men giống nhau.  Phân xưởng sản xuất gạch men loại 2 (loại gạch 30 x 30 cm).Trong phân xưởng này có 1 dây chuyền sản xuất gạch men loại 2. - Công nghệ sản xuất của 2 phân xưởng :  Nguyên vật liệu qua cân đo: Đất, cát, đá bi, nước đã được trộn đều được đưa vào máy ép dể trở thành các hạt nhuyễn và sau đó được chuyển đến lò sấy 5 tầng.  Tại lò sấy, nguyên liệu được sấy phun và được hình thành lên khuôn gạch đã định sẵn.

 Lò nung xương: gạch được đưa vào lò nung với nhiệt độ khoảng 1500 oC. Có quạt ở trên lò để làm nhiệm vụ hút khói bụi và hạ nhiệt cho các viên gạch ra lò.  Sau khi được nung lần 1, gạch sẽ được chuyển đén dây chuyền tráng men. Tại đây, gạch được tráng 1 lớp men trên bề mặt và tiếp tục được đưa qua nung lần 2.

 Lò nung men: Lò nung này giúp tạo lớp men đẹp cho sản phẩm. SVTH: Phạm Hải Long 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Sau khi ra khỏi lò nung 2 gạch đã thành sản phẩm và đưa ra phân loại chất lượng. SVTH: Phạm Hải Long 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1.2: Sơ đồ quy trình dây chuyền sản xuất gạch men Dưới đây là bảng số liệu nhóm thiết bị trong 2 phân xưởng sản xuất: Số lượng Pdm STT Tên thiết bị Cos𝜑 (n) (kW) 1 Máy ép 2 150 0,6 2 Máy nén khí 2 150 0,65 3 Lò sấy 5 tầng 2 300 0,7 4 Lò nung xương 2 200 0,68 5 Băng chuyền 2 50 0,75 6 Máy nghiền men 4 120 0,66 7 Lò nung men 2 140 0,66 8 Hế thống motor đầu lò 2 1,25 0,79 9 Hệ thống quạt lò 2 22 0,65 Bảng 1.2 Thiết bị trong phân xưởng sản xuất gạch men cao cấp Cos 𝜑 Pdm STT Tên thiết bị Số lượng (kW) 1 Máy ép 1 150 0,6 2 Máy nén khí 1 150 0,65 3 Lò sấy 5 tầng 1 300 0,7 4 Lò nung xương 1 200 0,68 5 Băng chuyền 1 50 0,75 6 Máy nghiền men 2 100 0,66 7 Lò nung men 1 150 0,66 8 Hế thống motor đầu lò 1 1,25 0,79 9 Hệ thống quạt lò 1 22 0,65 Bảng 1.3 Thiết bị trong phân xưởng sản xuất gạch men loại 2 1. Phụ tải điện của nhà máy a.Các đặc điểm của phụ tải điện Các thiết bị của nhà máy đều được sử dụng điện áp cấp 0,4kV và được chia làm 2 loại đó là: - Phụ tải động lực Phụ tải động lực của nhà máy hầu hết là thiết bị ba pha có chế độ làm việc dài hạn, điện áp yêu cầu trực tiếp đến thiết bị với độ lệch điện áp cho phép: = ± 5%Udm ( Theo quy phạm trang bị điện I.

SVTH: Phạm Hải Long 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Phụ tải chiếu sáng Phụ tải chiếu sáng thường là phụ tải một pha, công suất không lớn dùng để đảm bảo ánh sang trong sản xuất. Điện áp yêu cầu trực tiếp đến thiết bị với độ lệch điện áp cho phép: = ± 5%Udm ( Theo quy phạm trang bị điện I. Các yêu cầu về cung cấp điện của xí nghiệp Các yêu cầu về cung cấp điện phải dựa vào phạm vi và mức độ quan trọng của các thiết bị để từ đó vạch ra phương thức cấp điện cho từng thiết bị cũng như các phân xưởng trong xí nghiệp. Vì vậy khi thiết kế cung cấp điện phải thỏa mãn 2 điều kiện sau: - Công suất định mức của toàn nhà máy - Điện áp định mức và tần số - Điện áp định mức và tần số của phụ tải toàn nhà máy phải phù hợp với điện áp của hệ thống điện: - Điện áp 3 pha 380/220V cung cấp cho đại bộ phận thiết bị phụ tải động lực với tần số công nghiệp 50Hz.

- Điện áp 1 pha 220V cung cấp cho các thiết bị chiếu sáng với tần số 50H z Về yêu cầu cung cấp điện: Hầu hết các phụ tải trong nhà máy đều thuộc hộ tiêu thụ điện loại II, do đó tuy có tầm quan trong tương đối lớn nhưng khi ngừng cung cấp điện nó chỉ dẫn đến thiệt hại về kinh tế do hư hỏng sản phẩm, ngưng trệ sản xuất và lãng phí lao động… Vì vậy, nhà máy chỉ cần cung cấp bằng 1 nguồn điện, và 1 nguồn dự phòng với công suất đặt từ trên lưới nhỏ hơn khoảng thời gian nhất định. Liên kết điện trong khu vực Hệ thống điện xung quanh nhà máy bao gồm  2 lộ đường dây 35kV trên không XT 371 từ Đông Triều đi Gia Mỗ. XT376 từ Đông Triều đi Mạo Khê  1 lộ 110kV 172A5.9 từ Uông Bí đi Tràng Bạch cách nhà máy 3.5km  Các lộ đều có khả năng mang tải thêm 7MVA SVTH: Phạm Hải Long 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1.3: Sơ đồ liên kết điện trong khu vực SVTH: Phạm Hải Long 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI NHÀ MÁY Khi thiết kế cung cấp điện cho 1 công trình thì nhiệm vụ đầu tiên của người thiết kế là phải xác định được nhu cầu điện của phụ tải công trình đó (hay là công suất đặt của nhà máy…). Tùy theo quy mô của công trình ( hay nhà máy) mà phụ tải điện phải được xác định theo phụ tải thực tế hoặc còn phải kể đến khả năng phát triển trong tương lai.

Cụ thể là muốn xác định phụ tải điện cho một xí nghiệp, nhà máy thì chủ yếu dựa vào các máy móc thực tế đặt trong các phân xưởng và xét tới khả năng phát triển của cả nhà máy trong tương lai (đối với xí nghiệp nhà máy công nghiệp thì chủ yếu là tương lai gần) còn đối với công trình có quy mô lớn (như thành phố, khu dân cư…) thì phụ tải phải kể đến tương lai xa. Như vậy, việc xác định nhu cầu điện là giải bài toán phụ tải ngắn hạn (đối với các xí nghiệp, nhà máy công nghiệp) còn dự báo phụ tải dài hạn (đối với thành phố, khu vực…). Nhưng ở đây ta chỉ xét đến dự báo phụ tải ngắn hạn vì nó liên quan trực tiếp đến công việc thiết kế cung cấp điện. Dự báo phụ tải ngắn hạn là xác định phụ tải của công trình ngay sau khi công trình đi vào sử dụng.

Phụ tải này thường được gọi là phụ tải tính toán. Người thiết kế cần phải biết phụ tải tính toán để chọn các thiết bị điện như : máy biến áp, dây dẫn, các thiết bị đóng, cắt, bảo vệ… để tính các tổn thất công suất, tổn thất điện áp, để lựa chọn các thiết bị bù… Chính vì vậy, phụ tải tính toán là một số liệu quan trọng để thiết kế cung cấp điện. Phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: công suất và số lượng các thiết bị điện, chế độ vận hành của chúng, quy trình công nghệ của mỗi nhà máy, xí nghiệp, trình độ vận hành của công nhân v.v…Vì vậy xác định chính xác phụ tải tính toán là một nhiệm vụ khó khăn nhưng lại rất quan trọng. Bởi vì nếu phụ tải tính toán được xác định nhỏ hơn phụ tải thực tế thì sẽ làm giảm tuổi thọ của các thiết bị điện, có khả năng dẫn đến cháy nổ rất nguy hiểm.

Nếu phụ tải tính toán lớn hơn phụ tải thực tế nhiều thì các thiết bị điện được chọn sẽ quá lớn so với yêu cầu, gây lãng phí và không kinh tế. SVTH: Phạm Hải Long 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2. Xác định phụ tải động lực tính toán cho nhà máy Hiện nay, có nhiều phương pháp để tính phụ tải tính toán. những phương pháp đơn giản, tính toán thuận tiện thường kết quả không chính xác.

ngược lại, nếu độ chính xác được nâng cao thì phương pháp tính phức tạp. vì vậy tuỳ theo giai đoạn thiết kế, tuỳ theo yêu cầu cụ thể mà chọn phương pháp tính cho thích hợp, sau đây là một số phương pháp xác định phụ tải tính toán thường dùng nhất. Ở đây ta xác định phụ tải động lực nhà máy theo hệ số đồng thời. Ta chia phụ tải động lực nhà máy thành 3 nhóm phụ tải:  Nhóm 1: Nhóm phụ tải quan trọng loại 1 - Phân xưởng gạch men cao cấp –vị trí 2  Nhóm 2: Nhóm phụ tải quan trọng loại 2 - Phân xưởng gạch men loại 2 –vị trí 5  Nhóm 3: Nhóm phụ tải không quan trọng - Kho nhiên liệu – vị trí 1 - Kho chứa hàng – vị trí 3 - Trạm than – vị trí 4 - Nhà ăn – vị trí 6 - Khu hành chính – vị trí 7 a.

Phòng thay đồ b. Phòng kỹ thuật c. Phòng nhân sự d. Phòng hành chính e.