Luận văn tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống cấp điện cho xưởng cơ khí - Đoàn Minh Hợp

Luận văn tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống cấp điện xưởng cơ khí. Tìm hiểu quy trình, tiêu chuẩn và giải pháp tối ưu cho hệ thống điện nhà xưởng cơ khí.

• Tác giả: Đoàn Minh Hợp
• Người hướng dẫn: Th.S Trần Đình Cương
• Trường học: Trường ĐH Tôn Đức Thắng
• Chuyên ngành: Điện - Điện Tử
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Cấp Điện Xưởng Cơ Khí
• Loại tài liệu: luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2010
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• PHẦN GIỚI THIỆU
• 1. CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN
• 1.1. Xác định yêu cầu phụ tải điện
• 1.2. Công suất đặt của các khu vực trong xưởng
• 1.2.1. Khu vực phân xưởng sản xuất
• 1.3. Tính toán phụ tải điện
• 1.4. Xác định tâm phụ tải xưởng
• 1.5. Tính toán phụ tải đỉnh nhọn xưởng
• 2. CHƯƠNG 2: CHỌN MÁY BIẾN ÁP – BÙ CÔNG SUẤT KHÁNG – LỰA CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐẤT AN TOÀN
• 2.1. Thiết kế trạm biến áp phân phối cho xưởng
• 2.2. Lựa chọn phương án tối ưu và xác định công suất máy biến áp
• 2.2.1. Các phương án cho trạm
• 2.2.2. Nhận xét - So sánh - Lựa chọn phương án cho trạm
• 2.3. Lựa chọn nguồn điện dự phòng cho xưởng
• 2.4. Bù công suất kháng cho hệ thống
• 2.4.1. Bản chất của năng lượng
• 2.4.2. Mục đích của việc cải thiện hệ số công suất
• 2.4.3. Bù công suất kháng cho hệ thống
• 2.5. Sơ đồ nối đất an toàn
• 2.5.1. Giới thiệu các kiểu nối đất
• 2.5.2. Chọn sơ đồ nối đất cho xưởng cơ khí
• 3. CHƯƠNG 3: CHỌN DÂY DẪN – CÁP VÀ KIỂM TRA SỤT ÁP
• 3.1. Lý thuyết tính toán
• 3.2. Xác định kích cỡ dây pha
• 3.3. Xác định kích cỡ dây trung tính
• 3.4. Xác định kích cỡ dây PE
• 3.5. Xác định sụt áp
• 3.6. Phần tính toán thiết kế
• 4. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH – CHỌN THIẾT BỊ BẢO VỆ - KIỂM TRA THIẾT BỊ BẢO VỆ AN TOÀN
• 4.1. Tính toán ngắn mạch
• 4.1.1. Ngắn mạch 3 pha
• 4.1.1.1. Lý thuyết tính toán
• 4.1.1.2. Tính toán ngắn mạch 3 pha
• 4.1.2. ngắn mạch 1 pha
• 4.2. Chọn thiết bị bảo vệ
• 4.3. Giới thiệu thiết bị đóng cắt
• 4.4. Lựa chọn thiết bị đóng cắt
• 4.5. Kiểm tra dòng chạm vỏ của thiết bị
• 4.6. Phương pháp kiểm tra độ dài lớn nhất cho phép của các dây dẫn
• 5. CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT AN TOÀN VÀ CHỐNG SÉT
• 5.1. Thiết kế hệ thống chống sét
• 5.2. Thiết kế hệ thống nối đất an toàn
• 6. CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CHO PHÂN XƯỞNG CƠ KHÍ
• 6.1. Các vấn đề kỹ thuật chiếu sáng
• 6.2. Tính toán chiếu sáng cho khu vực phân xưởng
• 7. CHƯƠNG 7: TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP
• 7.1. Tổng quan về máy biến áp

Tóm tắt

I. Tổng Quan Thiết Kế Hệ Thống Cấp Điện Xưởng Cơ Khí 50 60 ký tự

Nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, kéo theo nhu cầu sử dụng điện năng tăng cao trong mọi lĩnh vực, đặc biệt là công nghiệp. Thiết kế hệ thống cấp điện hiệu quả cho xưởng cơ khí đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động ổn định, an toàn và tiết kiệm chi phí. Tuy nhiên, đây là một nhiệm vụ phức tạp, đòi hỏi kiến thức chuyên môn sâu rộng về cung cấp điện, kỹ thuật điện, kỹ thuật cao áp, bảo vệ rơle, an toàn điện, cũng như hiểu biết về môi trường, đối tượng cấp điện, và các yếu tố kinh tế - xã hội. Thiết kế hệ thống cấp điện quá dư thừa sẽ gây lãng phí vốn đầu tư, trong khi thiết kế sai có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng như mất điện, cháy nổ, gây thiệt hại về người và tài sản. Do đó, người thiết kế cần nắm vững kiến thức, lựa chọn giải pháp phù hợp, tính toán chính xác các thông số kỹ thuật và tuân thủ các quy định an toàn. Yêu cầu cơ bản của một đề án cung cấp điện là đảm bảo độ tin cậy, chất lượng, tính kinh tế và an toàn. Độ tin cậy liên quan đến mức độ đảm bảo liên tục cung cấp điện, tùy thuộc vào tính chất của phụ tải. Chất lượng điện được đánh giá qua tần số và điện áp. Tính kinh tế cần cân bằng giữa vốn đầu tư và chi phí vận hành. Tính an toàn đòi hỏi thiết kế có tính an toàn cao cho người vận hành, người sử dụng thiết bị và cho chính các thiết bị điện của toàn bộ công trình.

1.1. Yêu Cầu Quan Trọng Của Hệ Thống Cấp Điện Xưởng

Một hệ thống cấp điện cho xưởng cơ khí cần đáp ứng đồng thời nhiều yêu cầu quan trọng. Đầu tiên, độ tin cậy phải được đặt lên hàng đầu. Sự gián đoạn trong cung cấp điện có thể làm ngừng trệ dây chuyền sản xuất, gây thiệt hại lớn về kinh tế. Cần xem xét các phương án dự phòng, chẳng hạn như sử dụng máy phát điện dự phòng, để đảm bảo nguồn điện liên tục. Tiếp theo, chất lượng điện cũng rất quan trọng. Điện áp và tần số phải ổn định trong phạm vi cho phép để đảm bảo các thiết bị hoạt động đúng công suất và tuổi thọ. Biện pháp bù công suất phản kháng nên được sử dụng để cải thiện hệ số công suất, giảm tổn thất điện áp và điện năng. Ngoài ra, hệ thống cần phải đảm bảo tính an toàn cho người vận hành và người sử dụng. Các biện pháp bảo vệ chống quá tải, ngắn mạch, và chạm vỏ phải được thiết kế cẩn thận. Cuối cùng, tính kinh tế cũng cần được xem xét. Cần lựa chọn các thiết bị và vật tư có giá thành hợp lý, đồng thời đảm bảo hiệu suất cao và tuổi thọ dài để giảm chi phí vận hành và bảo trì.

1.2. Tổng Quan Về Công Trình Thiết Kế Cấp Điện Xưởng

Luận văn này tập trung vào thiết kế hệ thống cấp điện cho một xưởng cơ khí đặt tại Thành phố Hồ Chí Minh. Xưởng này chuyên sản xuất và xuất khẩu các loại phụ kiện máy móc chất lượng cao với quy mô sản xuất vừa phải. Mặc dù sự cố mất điện có thể gây thiệt hại về kinh tế, nhưng không gây nguy hiểm đến tính mạng con người, do đó, xưởng được xếp vào loại hộ tiêu thụ điện loại 2. Do xưởng sản xuất liên tục với hai ca mỗi ngày, nguồn điện cung cấp cần đảm bảo độ tin cậy cao. Nguồn điện chính được lấy từ đường dây điện trung thế của điện lực. Để đảm bảo độ tin cậy và chất lượng điện năng, xưởng yêu cầu xây dựng riêng một trạm biến áp khách hàng với cấp điện áp trung áp là 22/(15)kV và cấp hạ áp là 0,4kV. Xưởng sử dụng các thiết bị máy móc và thiết bị điện với điện áp làm việc 230/400V và tần số là 50Hz. Mục tiêu của luận văn là thiết kế một hệ thống cấp điện an toàn, hiệu quả và kinh tế cho xưởng cơ khí này.

II. Tính Toán Phụ Tải Điện Xưởng Cơ Khí Chính Xác 50 60 ký tự

Xác định phụ tải điện là bước quan trọng đầu tiên trong thiết kế hệ thống cấp điện. Việc tính toán chính xác phụ tải giúp lựa chọn thiết bị phù hợp, tránh lãng phí vốn đầu tư hoặc gây quá tải cho hệ thống. Phụ tải điện cần xác định trong giai đoạn thiết kế được gọi là phụ tải tính toán. Hiện nay, có nhiều phương pháp để tính phụ tải tính toán, mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng về độ chính xác và tính phức tạp. Tùy theo giai đoạn thiết kế và yêu cầu cụ thể mà chọn phương pháp phù hợp. Trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật, ta tính sơ bộ phụ tải điện dựa trên tổng công suất của các hộ tiêu thụ. Ở giai đoạn thiết kế thi công, ta xác định chính xác phụ tải điện dựa vào số liệu cụ thể về các hộ tiêu thụ. Ở đây, ta lựa chọn phương pháp tính theo hệ số sử dụng Ku và hệ số đồng thời Ks theo tiêu chuẩn IEC. Công thức tính toán là Stt = Ks * Σ(Kui * Sdmi), trong đó Stt là công suất biểu kiến tính toán, Ks là hệ số đồng thời, Kui là hệ số sử dụng, và Sdmi là công suất biểu kiến định mức của nhóm thiết bị. Hệ số sử dụng Ku thể hiện sự vận hành thường không đầy tải, còn hệ số đồng thời Ks dùng cho một nhóm tải. Bảng tính phụ tải dự kiến lớn nhất của mạng cần xét đến cả hệ số Ku và Ks.

2.1. Xác Định Công Suất Khu Vực Phân Xưởng Sản Xuất Chi Tiết

Phân xưởng sản xuất được chia thành năm khu vực nhỏ, mỗi khu vực có một nhóm thiết bị máy móc khác nhau. Khu vực nhóm 1 bao gồm máy khoan bàn, máy tròn vạn năng, máy phay vạn năng, đèn halogen kim loại và ổ cắm điện. Khu vực nhóm 2 gồm máy cưa kiểu dài, máy tròn vạn năng, đèn halogen kim loại và ổ cắm điện. Khu vực nhóm 3 gồm máy khoan đứng, khoan bàn nhỏ, bể dầu tăng nhiệt, đèn halogen kim loại và ổ cắm điện. Khu vực nhóm 4 gồm máy mài thô, máy cắt liên hợp, đèn halogen kim loại và ổ cắm điện. Cuối cùng, khu vực trạm bơm (nhóm 5) gồm máy bơm nước tăng áp, máy bơm nước chữa cháy, đèn halogen kim loại và ổ cắm điện. Cần xác định công suất định mức và hệ số công suất của từng thiết bị để tính toán chính xác phụ tải cho từng khu vực. Công suất của tải chiếu sáng được tính bằng tổng công suất của đèn và ballast. Công suất tải ổ cắm được tính dựa trên số lượng ổ cắm và công suất tiêu thụ của mỗi ổ cắm.

2.2. Tính Toán Phụ Tải Điện Theo Hệ Số Sử Dụng và Đồng Thời

Thông thường, các tải trong lưới không vận hành hết công suất định mức ở cùng một thời điểm. Để xác định phụ tải dự kiến lớn nhất của mạng cho phù hợp và không bị đầu tư thừa, ta cần xét đến hệ số sử dụng lớn nhất Ku và hệ số đồng thời Ks. Hệ số sử dụng lớn nhất (ku) được dùng để đánh giá trị công suất tiêu thụ thực, đặc biệt quan trọng đối với các động cơ vì chúng hiếm khi chạy khi đầy tải. Hệ số đồng thời (ks) thường được dùng cho một nhóm tải, thể hiện khả năng các tải cùng hoạt động đồng thời. Sau khi xác định các hệ số này, ta có thể tính toán công suất biểu kiến tính toán của từng khu vực và tổng công suất biểu kiến của nhà máy. Ví dụ, nếu hệ số đồng thời Ks = 1 (tất cả động cơ vận hành đồng thời), tổng công suất biểu kiến của nhà máy có thể được tính bằng ΣStt = Σ(Kui * Sdmi). Việc tính toán chính xác phụ tải điện là cơ sở quan trọng cho việc lựa chọn máy biến áp, dây dẫn, và các thiết bị bảo vệ phù hợp.

2.3. Xác Định Tâm Phụ Tải và Tính Toán Phụ Tải Đỉnh Nhọn

Việc xác định tâm phụ tải của phân xưởng giúp bố trí tủ phân phối ở vị trí tối ưu, giảm tổn thất điện áp và công suất, cũng như tiết kiệm chi phí kim loại màu. Tâm phụ tải có thể được xác định bằng cách sử dụng tọa độ trọng tâm của các nhóm máy. Tuy nhiên, vị trí cuối cùng cần cân nhắc cả yếu tố mỹ quan và thuận tiện thao tác. Ngoài ra, cần tính toán phụ tải đỉnh nhọn, là phụ tải cực đại tức thời, để đánh giá ảnh hưởng khởi động của các thiết bị dùng điện. Phụ tải đỉnh nhọn được tính bằng Iđn = Ikđ – đối với một động cơ, hoặc Iđn = [Ikđmax + (Itt - KsdIđmmax)] – đối với nhóm động cơ, trong đó Ikđmax là dòng mở máy lớn nhất, Itt là dòng điện tính toán, Ksd là hệ số đồng thời, và Iđmmax là dòng định mức của thiết bị có dòng mở máy lớn nhất. Việc tính toán phụ tải đỉnh nhọn giúp lựa chọn thiết bị bảo vệ phù hợp để đảm bảo an toàn cho hệ thống.

III. Chọn Máy Biến Áp và Bù Công Suất Kháng Hiệu Quả 50 60 ký tự

Máy biến áp đóng vai trò then chốt trong việc cung cấp điện năng cho xưởng cơ khí, chuyển đổi điện áp từ lưới điện trung thế sang mức điện áp phù hợp cho các thiết bị sử dụng. Việc lựa chọn máy biến áp phù hợp là rất quan trọng, cần xem xét các yếu tố như công suất định mức, khả năng cải thiện hệ số công suất, khả năng mở rộng của lưới, và các điều kiện ràng buộc khác. Ngoài ra, việc bù công suất kháng là một giải pháp quan trọng để nâng cao hiệu quả sử dụng điện năng, giảm tổn thất điện năng, và cải thiện chất lượng điện áp. Bù công suất kháng giúp giảm giá thành điện, tối ưu hóa kinh tế - kỹ thuật, và giải phóng dung lượng cho hệ thống điện. Có nhiều phương pháp bù công suất kháng, bao gồm bù tập trung, bù nhóm, và bù riêng, mỗi phương pháp phù hợp với các điều kiện cụ thể của phụ tải.

3.1. Thiết Kế Trạm Biến Áp Phân Phối Tối Ưu Cho Xưởng Cơ Khí

Việc xây dựng trạm biến áp riêng cho xưởng cơ khí giúp đảm bảo độ tin cậy và chất lượng điện năng. Trạm biến áp này sẽ có cấp điện áp trung áp là 22/(15)kV và cấp hạ áp là 0,4kV. Việc lựa chọn công suất định mức cho máy biến áp cần xét đến tính khả thi về mặt kỹ thuật, đồng thời quan tâm đến tính kinh tế. Khi chọn máy biến áp, cần xem xét khả năng cải thiện hệ số công suất của mạng, khả năng mở rộng của lưới (ví dụ, dự kiến mở rộng công suất 20%), và các điều kiện ràng buộc như nhiệt độ và các tiêu chuẩn. Có hai phương án chính để lựa chọn: sử dụng hai máy biến áp 3 pha vận hành song song, hoặc sử dụng một máy biến áp 3 pha. Mỗi phương án có ưu và nhược điểm riêng về độ tin cậy, chi phí đầu tư, và tổn thất điện năng.

3.2. So Sánh Các Phương Án và Lựa Chọn Máy Biến Áp Phù Hợp

Khi so sánh các phương án, việc sử dụng hai máy biến áp 3 pha vận hành song song có ưu điểm là đảm bảo độ tin cậy cao, vì có thể vận hành một máy khi máy kia gặp sự cố. Tuy nhiên, phương án này có chi phí đầu tư cao hơn, yêu cầu diện tích trạm lớn hơn, và gây khó khăn trong việc kết nối và vận hành hai máy song song. Ngược lại, việc sử dụng một máy biến áp 3 pha có chi phí đầu tư thấp hơn, tiết kiệm diện tích, và dễ thi công vận hành. Tuy nhiên, độ tin cậy không cao bằng phương án sử dụng hai máy. Nếu xưởng có trang bị máy phát dự phòng, phương án sử dụng một máy biến áp 3 pha có thể là lựa chọn tối ưu, vừa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, vừa kinh tế cho chủ đầu tư. Cần lựa chọn máy biến áp có công suất phù hợp với phụ tải của xưởng, đồng thời có khả năng đáp ứng nhu cầu mở rộng trong tương lai.

3.3. Tính Toán và Lựa Chọn Phương Pháp Bù Công Suất Kháng

Việc bù công suất kháng giúp giảm tổn thất điện năng và sụt áp trong mạng điện. Để cải thiện hệ số công suất, cần một bộ tụ điện làm nguồn phát công suất kháng. Có nhiều vị trí lắp đặt tụ bù, bao gồm bù tập trung, bù nhóm, và bù riêng. Với mạng điện của phân xưởng có tải ổn định và liên tục, nên chọn kiểu bù tập trung với bộ tụ bù được đấu vào thanh góp hạ áp của tủ MSB. Để xác định dung lượng bù cho hệ thống, ta có thể sử dụng phương pháp tính toán đơn giản, dựa trên việc cải thiện hệ số công suất từ cosϕ1 (giá trị trước khi bù) đến cosϕ2 (giá trị mong muốn sau khi bù). Dung lượng cần bù được tính bằng Qbu = P × (tg ϕ1 − tg ϕ2 ), trong đó P là công suất tiêu thụ của phân xưởng. Việc lựa chọn công suất tụ bù phù hợp giúp nâng cao hiệu quả sử dụng điện năng và giảm chi phí vận hành.

IV. Lựa Chọn Dây Dẫn và Cáp Điện Xưởng Cơ Khí An Toàn 50 60 ký tự

Việc lựa chọn dây dẫn và cáp điện phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho hệ thống cấp điện. Nguyên tắc chọn tiết diện dây cần dựa trên cơ sở phát nóng của dây có phối hợp với thiết bị bảo vệ, sau đó kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp và ổn định nhiệt. Cần xác định kiểu đi dây (hở, chôn dưới đất, âm trong tường, đi trên thang cáp) để lựa chọn loại dây dẫn và cáp điện phù hợp. Để chọn kích cỡ dây pha, cần tính toán dòng điện làm việc lớn nhất và so sánh với dòng điện cho phép của dây. Các hệ số hiệu chỉnh cần được áp dụng để учитывать ảnh hưởng của cách lắp đặt, số dây đặt kề nhau, nhiệt độ môi trường, và tính chất của đất chôn cáp. Tiết diện của dây trung tính và dây nối đất bảo vệ PE cũng cần được lựa chọn theo các quy định cụ thể.

4.1. Nguyên Tắc Chọn Tiết Diện Dây Dẫn Điện Phù Hợp Tiêu Chuẩn

Nguyên tắc chọn tiết diện dây ở lưới hạ thế được dựa trên cơ sở phát nóng của dây có phối hợp với thiết bị bảo vệ và sau đó kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp, theo điều kiện ổn định nhiệt. Việc đảm bảo các tiêu chuẩn này giúp tránh quá tải, cháy nổ, và đảm bảo chất lượng điện năng cung cấp cho các thiết bị. Cần xem xét đến các yếu tố như dòng điện làm việc, điện áp, nhiệt độ môi trường, và cách lắp đặt dây dẫn để lựa chọn tiết diện dây phù hợp. Tiết diện dây quá nhỏ có thể dẫn đến quá nhiệt và cháy nổ, trong khi tiết diện dây quá lớn có thể gây lãng phí chi phí.

4.2. Tính Toán và Chọn Dây Dẫn Cáp Điện Chi Tiết Cho Từng Khu Vực

Sau khi xác định nguyên tắc chọn tiết diện dây, cần tính toán chi tiết và chọn dây dẫn, cáp điện cho từng khu vực của xưởng. Ví dụ, cần chọn cáp từ máy biến áp phân phối đến tủ MSB, từ máy phát dự phòng đến tủ MSB, từ tủ MSB đến tủ MDB, và từ tủ MDB đến các tủ động lực và chiếu sáng. Việc tính toán cần учитывает các hệ số hiệu chỉnh để đảm bảo độ chính xác. Ví dụ, khi chọn cáp từ máy biến áp phân phối đến tủ MSB, cần учитывать hệ số hiệu chỉnh theo cách thức lắp đặt (đặt trong ống ngầm), số dây đặt kề nhau, tính chất của đất chôn cáp (đất ẩm), và nhiệt độ của đất chôn cáp. Việc lựa chọn dây dẫn và cáp điện cần dựa trên catalogue của nhà sản xuất, đảm bảo đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật và an toàn.

4.3. Kiểm Tra Sụt Áp Trên Đường Dây Đảm Bảo Chất Lượng Điện

Trong việc truyền tải điện, sụt áp là điều không thể tránh khỏi. Để đảm bảo chất lượng điện năng cung cấp cho các thiết bị, cần phải tính toán sự sụt áp qua các đường dây phân phối. Sụt áp trên đường dây được tính theo công thức ΔU = 3Itt ( R cos ϕ + X sin ϕ ) L, trong đó ΔU là sụt áp, Itt là dòng điện tính toán, R là điện trở của dây dẫn, X là cảm kháng của dây dẫn, ϕ là góc lệch giữa điện áp và dòng điện, và L là chiều dài của đoạn dây. Phần trăm sụt áp được tính bằng ΔU% = (100 × ΔU) / Uđm, trong đó Uđm là điện áp định mức. Theo tiêu chuẩn IEC, phần trăm sụt áp cho phép là < 5%. Cần kiểm tra sụt áp trên tất cả các đoạn dây, từ máy biến áp đến tủ MSB, từ tủ MSB đến tủ MDB, và từ tủ MDB đến các tủ động lực và chiếu sáng, để đảm bảo chất lượng điện năng cung cấp cho các thiết bị.

V. Tính Toán Ngắn Mạch và Chọn Thiết Bị Bảo Vệ 50 60 ký tự

Việc tính toán ngắn mạch là rất quan trọng để lựa chọn thiết bị bảo vệ phù hợp, đảm bảo an toàn cho hệ thống cấp điện. Mục đích của tính toán ngắn mạch là xác định khả năng cắt của thiết bị bảo vệ, kiểm tra ổn định nhiệt của dây, kiểm tra độ nhạy của thiết bị bảo vệ, và kiểm tra độ bền điện động. Ngắn mạch trong hệ thống điện chia thành ngắn mạch 3 pha đối xứng và ngắn mạch không đối xứng. Các dạng ngắn mạch không đối xứng là ngắn mạch một pha chạm đất, ngắn mạch hai pha chạm đất. Việc tính toán ngắn mạch 3 pha giúp kiểm tra khả năng cắt của thiết bị bảo vệ. Các yếu tố cần xem xét trong tính toán ngắn mạch bao gồm tổng trở của lưới trung thế, máy biến áp, CB, thanh góp, và dây dẫn.

5.1. Lý Thuyết Tính Toán Ngắn Mạch Ba Pha Chi Tiết

Để tính toán ngắn mạch ba pha, cần áp dụng các công thức và phương pháp phù hợp. Ngắn mạch 3 pha tại thanh cái hạ áp của máy biến áp phân phối có thể được tính toán sơ bộ bằng cách bỏ qua tổng trở của hệ thống lưới trung thế. Dòng ngắn mạch được tính bằng Isc = (In × 100) / Usc, trong đó In là dòng định mức và Usc là điện áp ngắn mạch. Ngắn mạch 3 pha tại đầu cực máy phát có thể được tính bằng Isc = 400 / (√3 * √(R^2 + Xd'^2)), trong đó R là điện trở và Xd' là điện kháng. Các công thức quy đổi giá trị điện kháng về giá trị có tên cần được sử dụng để đảm bảo độ chính xác. Cần xác định các thành phần liên quan đến tổng trở tới điểm ngắn mạch, bao gồm lưới trung thế, máy biến áp, CB, thanh góp, và dây dẫn.

5.2. Tính Toán Dòng Ngắn Mạch Ba Pha Thực Tế Trong Xưởng

Để tính toán dòng ngắn mạch ba pha thực tế trong xưởng, cần xem xét từng điểm ngắn mạch cụ thể. Ví dụ, cần tính toán dòng ngắn mạch tại thanh cái hạ áp của máy biến áp phân phối (MSB), tại đầu cực máy phát, và tại các điểm bất kỳ của lưới hạ thế, như tủ động lực và các thiết bị khác. Việc tính toán cần учитывает tổng trở của lưới trung thế, máy biến áp, CB, thanh góp, và dây dẫn. Cần áp dụng các công thức và phương pháp phù hợp để tính toán chính xác dòng ngắn mạch tại từng điểm, đảm bảo lựa chọn thiết bị bảo vệ có khả năng cắt phù hợp.

VI. Thiết Kế Hệ Thống Nối Đất và Chống Sét An Toàn 50 60 ký tự

Một hệ thống nối đất và chống sét hiệu quả là vô cùng quan trọng để đảm bảo an toàn cho người và thiết bị trong xưởng cơ khí. Hệ thống nối đất giúp giảm thiểu nguy cơ điện giật bằng cách tạo đường dẫn an toàn cho dòng điện sự cố về đất. Hệ thống chống sét bảo vệ công trình khỏi các tác động trực tiếp của sét đánh. Việc thiết kế cần tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn điện và các quy định hiện hành.

6.1. Các Kiểu Nối Đất An Toàn và Lựa Chọn Sơ Đồ Phù Hợp

Có nhiều kiểu nối đất khác nhau, mỗi kiểu có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Các hệ thống nối đất khác nhau đặc trưng bởi cách nối đất điểm trung tính hạ thế của máy biến áp phân phối và nối đất của vỏ thiết bị hạ thế. Các sơ đồ phổ biến bao gồm TT, IT, và TN. Sơ đồ TN có các biến thể TN-C và TN-S. Việc lựa chọn sơ đồ nối đất phù hợp phụ thuộc vào các yếu tố như yêu cầu an toàn, độ tin cậy, và chi phí. Ví dụ, sơ đồ TN-S, với trung tính nguồn được nối đất trực tiếp và dây PE tách biệt với dây trung tính, thường được sử dụng trong các xưởng cơ khí để đảm bảo an toàn.

6.2. Thiết Kế Hệ Thống Chống Sét Đánh Trực Tiếp Cho Xưởng

Hệ thống chống sét có nhiệm vụ bảo vệ công trình khỏi các tác động trực tiếp của sét đánh. Một hệ thống chống sét hoàn chỉnh bao gồm các bộ phận sau: kim thu sét, dây dẫn xuống, và hệ thống tiếp địa. Kim thu sét có nhiệm vụ thu hút sét đánh vào một điểm xác định, sau đó dòng điện sét được dẫn xuống đất an toàn thông qua dây dẫn xuống và hệ thống tiếp địa. Việc thiết kế cần учитывает các yếu tố như chiều cao công trình, vị trí địa lý, và vật liệu xây dựng. Cần tuân thủ các tiêu chuẩn chống sét để đảm bảo hiệu quả bảo vệ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN 1. XÁC ĐỊNH YÊU CẦU PHỤ TẢI ĐIỆN Phụ tải điện là số liệu đầu tiên 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 dẫn tới chọn thiết bị quá nhỏ sẽ bị quá tải gây cháy nổ hư hại công trình, làm mất điện.

Phụ tải cần xác định trong giai đoạn tính toán thiết kế hệ thống cung cấp điện gọi là phụ tải tính toán. 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. Hiện nay có nhiều phương pháp để tính phụ tải tính toán. Thông thường, những phương pháp đơn giản, tính toán thuận tiện lại cho kết quả không thật chính xác, còn nếu muốn độ chính xác cao thì phương pháp tính toán lại phức tạp.

Do vậy, tùy theo giai đoạn thiết kế và yêu cầu cụ thể mà chọn phương pháp tính cho thích hợp. Thiết kế cung cấp điện cho các nhà máy, xí nghiệp bao gồm hai giai đoạn: + Giai đoạn làm nhiệm vụ thiết kế. + Giai đoạn bản vẽ thi công. Trong giai đoạn làm nhiệm vụ thiết kế (hoặc thiết kế kỹ thuật), ta tính sơ bộ gần đúng phụ tải điện dựa trên cơ sở tổng công suất đã biết của các hộ tiêu thụ (bộ phận, phân xưởng hay khu nhà.

Còn ở giai đoạn thiết kế thi công, ta tiến hành xác định chính xác phụ tải điện dựa vào các số liệu cụ thể về các hộ tiêu thụ của các bộ phận, phân xưởng. Do vậy, tùy theo giai đoạn thiết kế thi công và yêu cầu cụ thể mà chọn phương pháp tính toán cho thích hợp. Ở đây, ta lựa chọn phương pháp tính theo hệ số sử dụng Ku và hệ số đồng thời Ks theo tiêu chuẩn IEC .Sdmi i =1 Trong đó: Stt : công suất biểu kiến tính toán (kVA). Ks : hệ số đồng thời dùng cho một nhóm tải.

Kui : hệ số sử dụng thể hiện sự vận hành thường không đầy tải. Sdmi : công suất biểu kiến định mức của nhóm thiết bị (kVA).S Trần Đình Cương Trang 8 SVTH: Đoàn Minh Hợp LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 1.CÔNG SUẤT ĐẶT CỦA CÁC KHU VỰC TRONG PHÂN XƯỞNG: 1. Khu vực phân xưởng sản xuất Khu vực phân xưởng sản xuất được chia làm 5 khu vực nhỏ, mỗi khu vực có một nhóm thiết bị máy móc khác nhau bao gồm như sau: ¬ Khu vực nhóm 1  Tải động lực Số Tên thiết Pđm Hệ số KHMB lượng bị (Kv) cos ϕ Ksd 3 1 khoan bàn 1.4 9 1 máy tròn vạn năng 2.6 11 1 máy phay vạn năng 9 0.5  Tải chiếu sáng Khu vực nhóm 1 gồm có 6 đèn halogen kim loại 1 × 400W. ⇒ Công suất chiếu sáng : P + Pballast 400 + 80 Scs = 6 × d = 6× = 6 × 5.9  Tải ổ cắm Khu vực nhóm 1 gồm có 11 ổ cắm điện: P = 2kW (cosϕ = 0,8) ⇒ Công suất tải ổ cắm: Poc = 11 × 2000 = 22000W ⇒ Công suất S = 22000/0,8 = 27500= 27,5kVA GVHD:Th.S Trần Đình Cương Trang 9 SVTH: Đoàn Minh Hợp LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ¬ Khu vực nhóm 2  Tải động lực Số Tên thiết Pđm Hệ số KHMB lượng bị (Kv) cos ϕ Ksd 1 2 máy cưa kiểu dài 4.35 9 1 máy tròn vạn năng 2.5  Tải chiếu sáng Khu vực nhóm 1 gồm có 8 đèn halogen kim loại 1 × 400W.

Pd + Pballast 400 + 80 Scs = 8 × = 8× = 8 × 533 = 4.9  Tải ổ cắm Khu vực nhóm 2 gồm có 9 ổ cắm điện: P = 2kW (cosϕ = 0,8) ⇒ Công suất tải ổ cắm: Poc = 9 × 2000 = 18000W ⇒ Công suất S = 18000/0,8 = 22500 = 22,5KVA ¬ Khu vực nhóm 3  Tải động lực Số Tên thiết Pđm Hệ số KHMB lượng bị (Kv) cos ϕ Ksd 18 2 máy khoan đứng 2.1 25 1 khoan bàn nhỏ 1.6 26 2 bể dầu tăng nhiệt 2.35  Tải chiếu sáng Khu vực nhóm 3 gồm có 12 đèn halogen kim loại 1 × 400W .S Trần Đình Cương Trang 10 SVTH: Đoàn Minh Hợp LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ⇒ Công suất tải chiếu sáng: Pd + Pballast 400 + 80 Scs = 12 × = 12 × = 12 × 533 = 6.9  Tải ổ cắm Khu vực nhóm 3 gồm có 12 ổ cắm điện: P = 2kW (cosϕ = 0,8) ⇒ Công suất tải ổ cắm: Poc = 12 × 2000 = 24000W ⇒ Công suất S = 24000/0,8 = 30000 = 30KVA ¬ Khu vực nhóm 4  Tải động lực Số Tên thiết Pđm Hệ số KHMB lượng bị (Kv) cos ϕ Ksd 30 1 máy mài thô 2.35 31 2 máy cắt liên hợp 1.35  Tải chiếu sáng Khu vực nhóm 4 gồm có 18 đèn halogen kim loại 1 × 400W. ⇒ Công suất tải chiếu sáng: P + Pballast 400 + 80 Scs = 18 × d = 18 × = 18 × 533 = 9.9  Tải ổ cắm Khu vực nhóm 4 gồm có 14 ổ cắm điện: P = 2kW (cosϕ = 0,8) ⇒ Công suất tải ổ cắm: Poc = 14 × 2000 = 28000W ⇒ Công suất S = 28000/0,8 = 35000 = 35KVA ¬ Khu vực trạm bơm ( nhóm 5 )  Tải động lực GVHD:Th.S Trần Đình Cương Trang 11 SVTH: Đoàn Minh Hợp LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Số Tên thiết Pđm Hệ số KHMB lượng bị (Kv) cos ϕ Ksd 41 1 máy bơm nước tăng áp 30 0.5 42 1 máy bơm nước chữa cháy 37 0.4  Tải chiếu sáng Khu vực nhóm 5 gồm có 4 đèn halogen kim loại 1 × 400W. ⇒ Công suất tải chiếu sáng: Pd + Pballast 400 + 80 Scs = 4 × = 4× = 4 × 533 = 2.9  Tải ổ cắm Khu vực nhóm 5 gồm có 2 ổ cắm điện: P = 2kW (cosϕ = 0,8) ⇒ Công suất tải ổ cắm: Poc = 2 × 2000 = 4000W ⇒ Công suất S = 4000/0,8 = 5000 = 5KVA 1. TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN Xác định phụ tải tính toán để làm cơ sở cho việc thiết lập trạm biến áp, lựa chọn được công suất định mức của máy biến áp phân phối, làm cơ sở cho việc lựa chọn dây dẫn và các thiết bị trong lưới.

¬ Công suất biểu kiến tính toán của phân xưởng : Thông thường các tải trong lưới không vận hành hết công suất định mức ở cùng một thời điểm. Để xác định phụ tải dự kiến lớn nhất của mạng cho phù hợp và không bị đầu tư thừa, ta cần xét đến hệ số sử dụng lớn nhất Ku và hệ số đồng thời Ki.  Hệ số sử dụng lớn nhất (ku) Trong điều kiện vận hành bình thường, công suất tiêu thụ thực của thiết bị thường bé hơn giá trị định mức của nó. Do đó hệ số sử dụng Ku được dùng để đánh giá trị công suất tiêu thụ thực.

Hệ số này cần được áp dụng cho từng tải riêng biệt (nhất là các động cơ vì chúng hiếm khi chạy khi đầy tải). Trong mạng điện công nghiệp, hệ số này ước chừng là 0,75 cho động cơ.S Trần Đình Cương Trang 12 SVTH: Đoàn Minh Hợp LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP  Hệ số đồng thời (ks) Hệ số đồng thời thường được dùng cho một nhóm tải (được nối cùng tủ phân phối hoặc tủ phân phối phụ). Ks = 1 do tất cả động cơ đều vận hành đồng thời. Ta có bảng tính phụ tải dự kiến lớn nhất của mạng khi có xét đến hệ số Ku và Ks: Hệ số Công suất biểu đồng thời Công suất biểu kiến Loại ứng dụng kiến định mức Ks tính toán Stt (kVA) Sđm (kVA) (nhóm)  Tải động lực 61,36 + 33,8 + 19 + 1 181,8 23,5 + 44,2 = 180  Tải chiếu sáng 25,5 1 20  Tải ổ cắm 120 0,1 12 ⇒ Tổng công suất biểu kiến của nhà máy ΣStt = 213,8 kVA 1.

XÁC ĐỊNH TÂM PHỤ TẢI PHÂN XƯỞNG : Trên mặt bằng phân xưởng vẽ một hệ tọa độ xoy, có vị trí tọa độ trọng tâm các nhóm máy là ( xi, yi ), ta xác định được tọa độ tối ưu trọng tâm phụ tải là M(X, Y ) Đặt tủ phân phối ở tâm phụ tải là nhằm cung cấp điện với tổn thất điện áp và tổn thất công suất nhỏ, chi phí kim loại màu hợp lý hơn cả. Việc lựa chọn vị trí cuối cùng còn phụ thuộc và cả yếu tố mỹ quan, thuận tiện thao tác… Xác định tâm phụ tải phân xưởng: Công thức : n n ∑ S .x i i ∑S y i i X = 1n ; Y= 1n ∑S 1 i ∑S 1 i Ta xác định tọa độ trạm biến áp làm góc G (0 , 0). Từ đó ta có thể xác định gần đúng các trọng tâm của nhóm máy ( xi, yi ) lần lượt là tâm của từng nhóm máy đó:  Tọa độ từng khu vực: GVHD:Th.S Trần Đình Cương Trang 13 SVTH: Đoàn Minh Hợp LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Khu vực 1 (32.6)  Công suất từng khu vực: Skhuvực1 = 61,36 × 1+3,2 × 1 +27,5 × 0,1= 67,31 kVA Skhuvực2 = 33,8 × 1+ 4,2 × 1+ 22,5 × 0,1= 40,25 kVA Skhuvực3 = 19 × 1 + 6,4 × 1+ 30 × 0,1= 28,4 kVA Skhuvực4 = 23,5 × 1+ 9,6 × 1 + 35 × 0,1= 36,6 kVA Skhuvực5 = 44,2 × 1+ 2,1 × 1+ 5 × 0,1= 46,8 kVA  Tâm phụ tải toàn nhà máy: (67,31× 32,3 + 40, 25 × 8,8 + 28, 4 × 49 + 36, 6 × 77, 2 + 46,8 × 10,9) X= 67,31 + 40, 25 + 28, 4 + 36, 6 + 46,8 Ù X = 21,5 m (67,31× 42, 2 + 40, 25 × 23, 4 + 28, 4 × 39,8 + 36, 6 × 39, 4 + 46,8 × 4, 6) X= 67,31 + 40, 25 + 28, 4 + 36, 6 + 46,8 Ù Y = 11,2 m Do tâm phụ tải nằm ngay giữa đường đi, gần tâm của nhà xưởng, không thuận tiện thao tác và cả yếu tố mỹ quan nên ta dời vào sát vách tường của khu vực 2 của nhà xưởng. Các tủ động lực từng khu vực ta lần lượt bố trí nơi thuận tiện thao tác của từng khu vực.

TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐỈNH NHỌN GVHD:Th.