Đồ án Kỹ thuật: về thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy

Tìm hiểu đồ án thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy với các giải pháp kỹ thuật, tính toán phụ tải và lựa chọn thiết bị phù hợp.

• Tác giả: Xuân Anh Quân
• Người hướng dẫn: Phan Đăng Khải
• Trường học: Không xác định
• Chuyên ngành: Công nghệ điện
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Cung Cấp Điện Cho Nhà Máy Sản Xuất Đường
• Loại tài liệu: Đồ án
• Năm xuất bản: K44
• Địa điểm: Không xác định

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Thiết kế Hệ thống Cung cấp Điện cho Nhà

Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà là một đồ án quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật điện. Hệ thống này cần đảm bảo an toàn, hiệu quả và tiết kiệm năng lượng cho các hộ gia đình. Việc lập kế hoạch chi tiết từ nguồn điện chính đến các điểm sử dụng điện là yếu tố then chốt. Một hệ thống tốt phải tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành và quy định an toàn điện của quốc gia.

1.1. Định nghĩa và Tầm quan trọng

Hệ thống cung cấp điện nhà ở bao gồm toàn bộ các thiết bị từ công tơ điện, tủ điều khiển, đến các ổ cắm và công tắc. Tầm quan trọng nằm ở việc cung cấp điện ổn định, an toàn và ngăn ngừa các sự cố điện như cháy nổ, giật điện. Thiết kế đúng cách giúp kéo dài tuổi thọ các thiết bị điện và giảm chi phí vận hành.

1.2. Các tiêu chuẩn thiết kế

Tiêu chuẩn TCVN 1651 là chuẩn mực quan trọng cho thiết kế hệ thống điện trong nhà ở Việt Nam. Các yêu cầu bao gồm khả năng chịu tải, độ an toàn của dây dẫn, lắp đặt thiết bị bảo vệ và tiếp đất. Cần tuân thủ quy định về độ rơi áp, độ cách ly điện và kiểm tra định kỳ hệ thống.

II. Các Thành phần Chính của Hệ thống

Hệ thống cung cấp điện nhà gồm nhiều thành phần liên kết với nhau. Mỗi thành phần đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý, phân phối và sử dụng điện an toàn. Từ công tơ đo lường tiêu thụ, tủ điều khiển phân phối, đến các ổ cắm và công tắc là những thành phần không thể thiếu. Hiểu rõ chức năng của từng phần giúp thiết kế hệ thống hiệu quả.

2.1. Công tơ điện và Tủ điều khiển chính

Công tơ điện là thiết bị đo lường lượng điện tiêu thụ của hộ gia đình. Tủ điều khiển chính chứa các thiết bị bảo vệ như cầu dao tổng, aptomat, bộ chỉnh áp và bộ tiếp đất. Đây là trung tâm quản lý toàn bộ hệ thống, đảm bảo không quá tải và bảo vệ các thiết bị điện trong nhà khỏi sự cố.

2.2. Dây dẫn điện và Ống bảo vệ

Lựa chọn tiết diện dây dẫn phù hợp với công suất thiết bị là quan trọng. Dây dẫn phải được lắp đặt trong ống bảo vệ hoặc mương riêng để tránh tổn thương cơ học. Các loại dây như NYY, VVR được sử dụng phổ biến. Tiếp đất phải được thực hiện đúng kỹ thuật để đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

III. Quy trình Thiết kế Hệ thống

Quy trình thiết kế hệ thống cung cấp điện cần thực hiện theo các bước có hệ thống. Trước tiên, phải điều tra nhu cầu sử dụng điện của từng phòng, tính toán công suất tối đa. Sau đó, lập kế hoạch vị trí các ổ cắm, công tắc, đèn tương thích với kiến trúc. Cuối cùng, lựa chọn loại thiết bị phù hợp và vẽ bản vẽ kỹ thuật chi tiết trước khi thi công.

3.1. Tính toán nhu cầu và công suất

Bước đầu tiên là liệt kê tất cả các thiết bị sẽ sử dụng điện như tủ lạnh, máy giặt, điều hòa, máy nước nóng. Tính công suất tiêu thụ của mỗi thiết bị dựa trên thông số kỹ thuật. Công suất tối đa hệ thống = tổng công suất các thiết bị × hệ số sử dụng đồng thời. Từ đó xác định dung lượng công tơ điện cần thiết.

3.2. Lập kế hoạch lắp đặt

Kế hoạch lắp đặt bao gồm vị trí tủ điều khiển, đường dây chủ yếu, các nhánh phân phối. Cần chia thành các mạch riêng biệt cho bếp, phòng tắm, phòng khách và các phòng ngủ. Mỗi mạch có aptomat riêng để dễ kiểm tra và bảo trì. Vị trí ổ cắm phải hợp lý, tránh tuyến dây quá dài, giảm điện áp rơi.

IV. An toàn Điện và Bảo trì Hệ thống

An toàn điện là ưu tiên hàng đầu trong thiết kế hệ thống cung cấp điện. Cần lắp đặt các thiết bị bảo vệ như aptomat rò điện, bộ chỉnh áp để ngăn chặn nguy hiểm. Kiểm tra định kỳ toàn bộ hệ thống ít nhất một năm một lần. Đảm bảo tiếp đất tốt, dây dẫn không hư hỏng, các kết nối chắc chắn. Cải tạo, nâng cấp hệ thống khi cần thiết.

4.1. Các thiết bị bảo vệ an toàn

Aptomat tự động ngắt mạch khi có quá tải hoặc chập mạch. Công tắc chỉnh áp bảo vệ các thiết bị khỏi sự biến động điện áp. Bộ cắt dòng rò giúp ngăn chặn tình trạng giật điện nguy hiểm cho người. Các thiết bị này phải được lựa chọn và cài đặt đúng thông số kỹ thuật.

4.2. Bảo trì và Kiểm tra định kỳ

Kiểm tra tình trạng dây dẫn, các ổ cắm công tắc hàng quý. Đo điện trở tiếp đất ít nhất năm một lần để đảm bảo hiệu quả. Thay thế dây dẫn bị hỏng, các thiết bị hết tuổi thọ kịp thời. Ghi chép chi tiết các lần kiểm tra, bảo trì phục vụ quản lý dài hạn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Như trên đã phân tích, nhà máy đường thường bao gồm những thiết bị độc lập với nhau. Do đó khi xảy ra sự cố ở những máy riêng lẻ thì không ảnh hưởng đến hoạt động của cả nhà máy mà chỉ ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng sản phẩm. Vì sản lượng của nhà máy tương đối lớn nên khi xảy ra mất điện thì thiệt hại về kinh tế sẽ rất lớn, do đó phụ tải nhà máy được xếp vào hộ tiêu thụ loại II và được cấp điện bằng hai đường dây từ hệ thống điện tới. Điện cấp cho nhà máy được lấy từ nguồn 110 kV cách nhà máy 15 Km.

Trong nhà máy có đặt một trạm biến áp trung tâm (BATT). Các phân xưởng trong nhà máy được liệt vào hộ tiêu thụ loại II nên tại mỗi phân xưởng đặt một trạm biến áp phân xưởng (BAPX) có hai máy biến áp. Riêng phân xưởng sửa chữa cơ khí được xếp vào hộ loại III nên trạm BAPX chỉ có một máy biến áp. Tuy nhiên trong phân xưởng có phụ tải cao áp nên đường dây dẫn cấp điện cho BAPX là lộ kép.

Để dẫn điện từ lưới về trạm BATT ta sử dụng đường dây AC trên không lộ kép. Trong nhà máy, để đảm bảo mỹ quan ta sử dụng cáp chôn. 36 Đồ án cung cấp điện XNCN_____________________ Xuân Anh Quân §1. XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ, SỐ LƯỢNG, DUNG LƯỢNG CÁC TRẠM BIẾN ÁP I.

Trạm biến áp trung tâm Vị trí đặt trạm: trạm đặt tại tâm phụ tải có toạ độ M(74,7; 28,3), dịch chuyển ra khoảng trống tới điểm có toạ độ M’(74,7; 36). Chọn dung lượng máy biến áp trong trạm: Vì nhà máy được liệt vào hộ tiêu thụ loại II nên trạm BATT và BAPX gồm hai máy và được cấp điện từ nguồn bằng hai lộ. Riêng phân xưởng sửa chữa cơ khí thì được cấp điện bằng một máy biến áp. Tuy nhiên do trong phân xưởng có phụ tải cao áp qua trọng nên phải được cấp điện bằng lộ kép đến phân xưởng.

Từ trạm BAPX để một lộ ra cấp cho phụ tải cao áp. Xét trường hợp sự cố một máy biến áp, máy còn lại có khả năng chạy quá tải trong thời gian 1 đến 2 ngày để sửa chữa, đồng thời cắt bớt các phụ tải không quan trọng. Trong trường hợp này máy biến áp được xác định theo công thức kinh nghiệm sau: Áp dụng cho tạm biến áp trung gian ta có =2452,1 kVA chọn hai máy có dung lượng Sdm = 2500 kVA, 110/10 kV có thông số kĩ thuật như sau: P0 = 2,7 kW PN = 20 kW UN =10,5% II. Các trạm biến áp phân xưởng Việc xác định các trạm biến áp phụ thuộc vào các phương án bố trí mạng cao áp nhà máy.

Ở đây ta đưa ra hai phương án có tính khả thi sau: 37 Đồ án cung cấp điện XNCN_____________________ Xuân Anh Quân Phương án I Hình 5 B1 – cấp điện cho kho củ cải đường B2 – cấp điện cho phân xưởng thái và nấu củ cải đường B3 – cấp điện cho bộ phận cô đặc B4 – cấp điện cho phân xưởng tinh chế B5 – cấp điện cho kho thành phẩm B6 – cấp điện cho phân xưởng sửa chữa cơ khí B7 – cấp điện cho trạm bơm B8 – cấp điện cho kho than Phương án II Hình 6 38 Đồ án cung cấp điện XNCN_____________________ Xuân Anh Quân B1 – cấp điện cho kho củ cải đường B2 – cấp điện cho phân xưởng thái và nấu củ cải đường và bộ phận cô đặc B3 – cấp điện cho phân xưởng tinh chế và kho thành phẩm B4 – cấp điện cho phân xưởng sửa chữa cơ khí B5 – cấp điện cho trạm bơm B6 – cấp điện cho kho kho than Trong cả hai phương án trên thì chỉ có biến áp cho phân xưởng sửa chữa vơ khi là có một máy biến áp còn các trạm khác đều có hai máy. Các trạm biến áp dùng loại trạm kề, có một tường trạm chung với phân xưởng. Các máy biến áp dùng máy do ABB sản xuất tại Việt Nam nên không phải hiệu chỉnh nhiệt độ. Chọn dung lượng các biến áp phân xưởng Chọn dung lượng các máy biến áp phân xưởng cũng tương tự như chọn máy biến áp trung tâm, ta sử dụng công thức sau: 2.

Phương án I - Chọn cho B1 Chọn hai máy biến áp có dung lượng Sdm = 250 KVA - Chọn cho B6 vì trạm B6 chỉ có 1 máy biến áp nên ta chọn theo điều kiện SdmB  Stt = 255,3 KVA. Do đó ta chọn một máy biến áp chuẩn có S dm = 320 KVA. - Các trạm biến áp còn lại tính toán và chọn tương tự như đối với trạm B1, kết quả ghi ở bảng sau Stt Stt Stt/1,4 SdmB Số P0 (W) PN (W) UN % (KVA) (KVA) (KVA) lượng B1 301,6 215,43 250 2 640 4100 4,5 B2 625,24 446,6 500 2 1000 7000 4,5 B3 531,62 379,73 400 2 840 5750 4,5 B4 748,93 534,95 560 2 1000 7000 4,5 B5 130,58 93,27 100 2 320 2050 4,5 B6 255,3 320 1 720 4850 4,5 B7 571,9 370 400 2 840 5750 4,5 B8 193,8 138,43 160 2 500 2950 4,5 39 Đồ án cung cấp điện XNCN_____________________ Xuân Anh Quân 2. Phương án II Ta thực hiện tính toán và chọn giống như ở phương án I kết quả thu được ghi vào bảng sau: Stt Stt Stt/1,4 SdmB Số P0 (W) PN (W) UN % (KVA) (KVA) (KVA) lượng B1 301,6 215,43 250 2 640 4100 4,5 B2 1156,86 826,23 1000 2 1750 13000 5,5 B3 879,51 628,22 630 2 1200 8200 5,5 B4 255,3 320 1 720 4850 4,5 B5 571,9 370 400 2 840 5750 4,5 B6 193,8 138,43 160 2 500 2950 4,5 §2.

LỰA CHỌN DÂY DẪN VÀ CÁP CHO HAI PHƯƠNG ÁN MẠNG CAO ÁP CỦA NHÀ MÁY 1. Chọn dây dẫn từ nguồn đến trạm biến áp Đường dây cung cấp từ nguồn về trạm biến áp trung tâm của nhà máy dài 15 Km sử dụng dây AC trên không lộ kép. Để chọn dây dẫn từ nguồn về trạm BATT ta chọn theo mật độ dòng kinh tế Jkt. Vì nhà máy làm việc 3 ca có T max = 5200h nên tra sổ tay ta được J kt = 1 A/mm2 ứng với dây nhôm lõi thép (AC) trên không.

Chọn dây nhôm lõi thép tiết diện tối thiểu đảm bảo diện áp vầng quang là 70mm2, loại AC-70. Ta tiến hành kiểm tra dây dẫn: a. Kiểm tra theo điều kiện sự cố: Tra sổ tay kỹ thuật ta có Icp của AC-70 là 275A. Xét trường hợp sự cố nặng nề nhất là đứt một dây, dây còn lại chuyền tải toàn bộ công suất của nhà máy Như vậy dây dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện sự cố.

Kiểm tra dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp: 40 Đồ án cung cấp điện XNCN_____________________ Xuân Anh Quân Tra sổ tay kỹ thuật có r0 = 0,46 /Km, x0 = 0,4 /Km. Ta có tổn thất điện áp: =142,7V U < Ucp = 5%.103 = 5500V Như vây cáp thoả mãn điều kiện tổn thất điện áp. Chọn cáp từ BATT đến các BAPX 2. Chọn cho phương án I Để đảm bảo an toàn mạng cao áp và mỹ quan nhà máy ta chọn cáp ngầm để cấp điện cho các BAPX.

Để chọn cáp ta cũng dùng phương pháp chọn theo Jkt. Tra sổ tay kỹ thuật với cáp đồng có Tmax = 5200h ta được Jkt = 2,7 A/mm2 a. Chọn cáp từ BATT đến BAPX B1 Ta có Chọn cáp XLPE có tiết diện tối thiểu F = 16mm2  2 XLPE (316) b. Chọn cáp từ BATT đến BAPX sửa chữa cơ khí B6 Vì trong phân xưởng sửa chữa cơ khí có phụ tải cao áp.

Phụ tải này không được tính vào dung lượng B6 nhưng được lấy ra từ lộ đến B6. Do đó khi chọn cáp đến B6 phải chọn cáp để chuyển tải công suất cho cả phụ tải hạ áp và cao áp. Do tính chất quan trọng của phụ tải cao áp nên cáp đến B6 chọn lộ kép. Ta có Chọn cáp XLPE có tiết diện tối thiểu F = 16mm2  2 XLPE (316) *.

Chọn cáp đến phụ tải cao áp Chọn cáp XLPE có tiết diện tối thiểu F = 16mm2  2 XLPE (316) 41 Đồ án cung cấp điện XNCN_____________________ Xuân Anh Quân c. Các tuyến cáp còn lại chọn tương tự như chọn cho cáp đến B1. Kết quả ghi trong bảng sau: Đường cáp Stt (KVA) Itt (A) Fkt (mm2) F (mm2) độ dài l(m) BATT – B1 301,6 8,71 3,22 16 105 BATT – B2 625,24 18,05 6,68 16 35 BATT – B3 531,62 15,35 5,68 16 85 BATT – B4 748,93 21,62 8,00 16 135 BATT – B5 130,58 3,77 1,4 16 130 BATT – B6 255,3+390,34 18,64 6,9 16 147,5 BATT – B7 547,9 14,95 5,54 16 130 BATT – B8 193,8 5,6 2,07 16 280 *. Tại phân xưởng sửa chữa cơ khí, để cấp điện cho nhóm phụ tải cao áp ta đặt một lộ kép lấy từ thanh góp đầu vào của trạm biến áp phân xưởng sửa chữa cơ khí.

Lộ ra này đi đến thanh cái phân đoạn. Tại đầu vào, đầu ra và liên lạc giữa hai phân đoạn ta đặt máy cắt hợp bộ. Chọn cáp cho lộ cao áp: =11,27A =4,17mm2 Chọn cáp đồng 3 lõi cách điện XLPE có F = 16mm 2  2XLPE (316). Không cần kiểm tra Tra trong sổ tay kỹ thuật với XLPE có F = 16mm2 ta được: r0 = 1,47 /Km x0 = 0,142 /Km 2.

Chọn cáp cho phương án II Phương án II chỉ khác phương án I cách bố trí biến áp cho các phân xưởng 2, 3, 4, 5. Các tuyến cáp khác chọn giống như phương án I a. Chọn cáp từ BATT đến B2 (phân xưởng 2 và 3) Chọn cáp XLPE có F = 16mm2  2 XLPE (316) 42 Đồ án cung cấp điện XNCN_____________________ Xuân Anh Quân b. Chọn cáp từ BATT đến B3 (phân xưởng 4 và 5) Chọn cáp XLPE có F = 16mm2  2 XLPE (316) Như vậy kết quả chọn cáp như sau: Đường cáp Stt (KVA) Itt (A) Fkt (mm2) F (mm2) độ dài l(m) BATT – B1 301,6 8,71 3,22 16 105 BATT – B2 1156,86 33,4 12,37 16 70 BATT – B3 879,51 25,39 9,4 16 130 BATT – B4 255,3+390,34 18,64 6,9 16 147,5 BATT – B5 547,9 14,95 5,54 16 130 BATT – B6 193,8 5,6 2,07 16 280 Phụ tải cao áp 390,34 11,27 4,17 16 3.

Kiểm tra cáp đã chọn Tra sổ tay kỹ thuật với cáp đồng có F = 16mm2 ta được Icp = 110A Đối với cáp trong nhà máy vì khoảng cách từ BATT đến BAPX là rất nhỏ nên ta không cần kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp, chỉ phải kiểm tra điều kiện Icp.