CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN 1. Cơ sở lý thuyết về thiết kế hệ thống cung cấp điện 1. Giới thiệu chung về cung cấp điện - Điện năng ngày càng phổ biến vì dễ dàng chuyển thành các dạng năng lượng khác như: cơ năng, hóa năng, nhiệt năng… được sản xuất tại các trung tâm điện và được truyền tải đến hộ tiêu thụ với hiệu suất cao.
Trong quá trình sản xuất và tiêu thụ điện năng có một số đặc tính. + Điện năng sản xuất ra thường không tích trữ được, do đó phải có sự cân bằng giữa sản xuất và tiêu thụ điện. + Các quá trình về điện xảy ra rất nhanh và nguy hiểm nếu có sự cố xảy ra, vì vậy thiết bị điện có tính tự động và đòi hỏi độ an toàn và tin cậy cao. Những yêu cầu và nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung cấp điện - Mục tiêu chính của thiết kế cung cấp điện là đảm bảo cho hộ tiêu thụ luôn đủ điện năng với chất lượng trong phạm vi cho phép.
- Một phương án cung cấp điện (cho xí nghiệp) được xem là hợp lý khi thỏa mãn các nhu cầu sau: + Vốn đầu tư nhỏ, chú ý tiết kiệm ngoại tệ và vật tư hiếm. + Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện tùy theo tính chất hộ tiêu thụ. + Chi phí vận hành hàng năm thấp. + Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.
+ Thuận tiện cho vận hành và sửa chữa… + Đảm bảo chất lượng điện năng. + Ngoài ra, còn phải chú ý đến các điều kiện khác như: môi trường, sự phát triển của phụ tải, thời gian xây dựng… b. Một số bước chính để thực hiện một phương án thiết kế cung cấp điện + Xác định phụ tải tính toán để đánh giá nhu cầu, chọn phương thức cung cấp điện cho phù hợp. Downloaded by NHIM NHIM (nhimbien2@gmail.com) lOMoARcPSD|39459588 5 + Xác định phương án về nguồn điện.
+ Xác định cấu trúc mạng. + Chọn thiết bị. + Tính toán chống sét, nối đất chống sét và nối đất an toàn cho người và thiết bị. + Tính toán các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật.
Tiếp theo thiết kế kỹ thuật là bước thiết kế thi công như các bản vẽ lắp đặt, những nguyên vật liệu cần thiết… Cuối cùng là công tác kiểm tra điều chỉnh và thử nghiệm các trang thiết bị, đưa vào vận hành và bàn giao. Giới thiệu về sơ đồ lấy điện thường dùng trong các công ty hiện nay - Các xí nghiệp công nghiệp là những hộ tiêu thụ điện tập trung, công suất lớn, điện năng cung cấp cho các xí nghiệp được lấy từ các trạm biến áp trung gian bằng các đường dây trung áp. - Sơ đồ cung cấp điện cho xí nghiệp phân thành 2 phần: bên trong và bên ngoài. + Sơ đồ cung cấp điện bên ngoài: Là phần cung cấp điện từ hệ thống đến trạm biến áp chính hay trạm phân phối trung tâm của xí nghiệp.
Bên dưới là một số dạng sơ đồ phổ biến. Sơ đồ a): khi cấp điện áp sử dụng của nhà máy trùng với điện áp cung cấp từ hệ thống. Sơ đồ b): các trạm biến áp phân xưởng nhận điện trực tiếp từ hệ thống và hạ xuống 0,4kV để sử dụng. Sơ đồ c): có trạm biến áp trung tâm trước khi phân phối đến các trạm biến áp phân xưởng.
Sơ đồ d): trường hợp khi xí nghiệp có máy phát điện dự phòng. Sơ đồ cung cấp điện bên ngoài xí nghiệp Downloaded by NHIM NHIM (nhimbien2@gmail.com) lOMoARcPSD|39459588 6 - Lưới trung áp điện xí nghiệp có cấu trúc khác nhau tùy vào quy mô xí nghiệp. Với những xí nghiệp có tải vài trăm kVA, chỉ cần đặt 1 trạm biến áp. Với những xí nghiệp lớn cần đặt nhiều trạm biến áp, mỗi trạm cung cấp cho một hoặc vài phân xưởng.
+ Sơ đồ cung cấp điện bên trong: Từ trạm phân phối trung tâm đến các trạm biến áp phân xưởng. Có 3 kiểu sơ đồ thường dùng: sơ đồ hình tia, liên thông và hỗn hợp. Lưới hạ áp xí nghiệp chính là lưới điện bên trong mỗi phân xưởng. Để cấp điện cho phân xưởng người ta đặt các tủ phân phối nhân điện hạ áp từ các máy biến áp về cấp cho các tủ động lực, từ tủ này cung cấp điện cho các thiết bị.
Sơ đồ cung cấp điện bên trong xí nghiệp 1. Tính toán phụ tải điện 1. Phụ tải điện Thông thường công suất vận hành khác với công suất thực tế do nhiều yếu tố khác nhau và là một hàm theo thời gian. Nhưng phải xác định phụ tải điện cho việc tính toán cung cấp điện.
Phụ tải tính toán còn được gọi là công suất tính toán (Ptt). - Nếu Ptt < P thực tế: thiết bị mau giảm tuổi thọ, có thể cháy nổ. - Nếu Ptt > P thực tế: lãng phí vốn đầu tư. Các đặc tính chung của phụ tải điện - Mỗi phụ tải có đặc trưng riêng, có 3 đặc trưng mà các phương án cung cấp Downloaded by NHIM NHIM (nhimbien2@gmail.com) lOMoARcPSD|39459588 7 phải xét đến: + Công suất định mức: Thường được ghi trên nhãn của thiết bị.
Đối với động cơ, công suất định mức là công suất trên trục của động cơ, công suất điện Pđ=Pđm/ηđm. Thường ηđm =0,8÷0,85; trường hợp động cơ nhỏ có thể xem Pđ=Pđm. + Điện áp định mức: Điện áp làm việc của thiết bị phải phù hợp với lưới điện nơi đặt thiết bị. + Tần số: Tần số làm việc của thiết bị khác nhau nhiều từ 0Hz (điện DC) đến hàng triệu Hz ở thiết bị cao tần.
Đồ thị phụ tải Đồ thị phụ tải: “Đặc trưng cho sự tiêu dùng năng lượng điện của các thiết bị riêng lẻ, của nhóm thiết bị, của phân xưởng hoặc của toàn bộ xí nghiệp”. Phân loại: Có nhiều cách phân loại - Theo đại lượng đo: đồ thị phụ tải tác dụng P, phản kháng Q và điện năng A. - Theo thời gian khảo sát: đồ thị phụ tải hàng ngày, hàng tháng và hàng năm. Các loại đồ thị phụ tải thường dùng: - Đồ thị phụ tải ngày: như hình a) được ghi bằng máy; b) được ghi và vẽ lại bởi các vận hành viên và c) thể hiện dạng bậc thang thông số trung bình trong một khoảng thời gian.
Đồ thị phụ tải ngày Đồ thị phụ tải hàng ngày cho ta biết tình trạng làm việc của thiết bị để từ đó sắp xếp lại quy trình vận hành hợp lý nhất, nó cũng làm căn cứ để tính chọn thiết bị, tính điện năng tiêu thụ… Đồ thị phụ tải ngày có 5 thông số đặc trưng sau: Downloaded by NHIM NHIM (nhimbien2@gmail.com) lOMoARcPSD|39459588 8 + Phụ tải cực đại: Pmax, Qmax. + Hệ số công suất cực đại: cosφmax. + Điện năng tác dụng và phản kháng ngày đêm: A[kWh], Ar[kVArh]. + Hệ số công suất trung bình cosφtb tương ứng tgφtb =Ar/A.
+ Hệ số điền kín của đồ thị phụ tải: - Đồ thị phụ tải hàng tháng: được xây dựng theo phụ tải trung bình của từng tháng của xí nghiệp trong một năm làm việc. Đồ thị phụ tải tháng Đồ thị phụ tải hàng tháng cho ta biết nhịp độ sản xuất của xí nghiệp. Từ đó có thể đề ra lịch vận hành sửa chữa các thiết bị điện một cách hợp lý nhất, nhằm đáp ứng các yêu cầu của sản xuất. - Đồ thị phụ tải năm: Thường được xây dựng dạng bậc thang, xây dựng trên cơ sở của đồ thị phụ tải ngày đêm điển hình.
Gọi: n1: số ngày mùa đông trong năm n2: số ngày mùa hè trong năm => Downloaded by NHIM NHIM (nhimbien2@gmail.com) lOMoARcPSD|39459588 9 Hình 1. Đồ thị phụ tải năm Đồ thị phụ tải năm có các thông số đặc trưng như: + Điện năng tác dụng và phản kháng tiêu thụ trong năm: A[kWh/năm] và Ar[kVArh/năm]. + Thời gian sử dụng công suất cực đại + Hệ số công suất trung bình cosφtb tương ứng tgφtb =Ar/A + Hệ số điền kín phụ tải: Hình 1. Tmax Trong đó, cần lưu ý khái niệm T max là thời gian tiêu thụ công suất bằng công suất thực tế nếu giả thiết phụ tải luôn là P max.
Nếu Tmax càng lớn thì phụ tải càng bằng phẳng, còn Tmax càng nhỏ thì phụ tải ít bằng phẳng hơn. Chế độ làm việc của phụ tải - Chế độ dài hạn: Chế độ mà nhiệt độ của thiết bị đạt giá trị xác lập, phụ tải Downloaded by NHIM NHIM (nhimbien2@gmail.com) lOMoARcPSD|39459588 10 làm việc ổn định. - Chế độ ngắn hạn: Nhiệt độ thiết bị tăng lên trong khi làm việc và giảm đến nhiệt độ môi trường trong khi ngừng làm việc. - Chế độ ngắn hạn lặp lại: Nhiệt độ thiết bị tăng lên trong khi làm việc nhưng nhiệt độ chưa giảm tới nhiệt độ môi trường trong thời gian nghỉ.
Đặc trưng bằng hệ số đóng điện: Trong đó: : thời gian đóng điện của thiết bị. : thời gian nghỉ. : chu kỳ công tác và thường nhỏ hơn 10 phút. Xác định phụ tải điện khu vực công nghiệp 1.
Trong giai đoạn dự án khả thi - Thông tin thu nhận trong giai đoạn này thường không chính xác. - Để xác định phụ tải điện cho việc thiết kế, xây dựng đường dây cao áp và trạm biến áp trung gian người ta dựa vào diện tích hoặc sản lượng. - Xác định phụ tải điện cho khu công nghiệp, chế xuất căn cứ vào diện tích: (1) Trong đó: S0 suất phụ tải trên đơn vị diện tích, tùy ngành CN mà S 0 chọn 100÷400(kVA/ha). D: diện tích khu CN, chế xuất (ha).
- Đối với xí nghiệp, nếu biết sản lượng sẽ sản xuất, công thức xác định phụ tải điện như sau: (2) Trong đó: a: suất điện năng chi phí để sản xuất ra một đơn vị sản phẩm (kWH/sp). Tmax: thời gian sử dụng công suất cực đại. Tmax và a thường được tra bảng. Downloaded by NHIM NHIM (nhimbien2@gmail.
Trong giai đoạn xây dựng nhà xưởng - Thông tin nhận được trong giai đoạn này là công suất đặt của từng phân xưởng, diện tích của từng xưởng. - Phụ tải điện động lực của từng phân xưởng được xác định theo công thức: Trong đó: hệ số nhu cầu (tra bảng). : công suất đặt của phân xưởng. Với và n: công suất định mức của động cơ và số động cơ.
- Phụ tải điện chiếu sáng trong phân xưởng được xác định theo diện tích: Trong đó: : diện tích xưởng. : suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích (W/m 2). Tùy theo vị trí, mục đích sử dụng chọn = 5÷30 W/m2. - Phụ tải điện cho toàn phân xưởng: - Phụ tải điện cho toàn xí nghiệp có n phân xưởng: 1.
Trong giai đoạn thiết kế chi tiết - Đây là công đoạn cuối cùng trong quá trình thiết kế cấp điện cho xí nghiệp công nghiệp. Ở giai đoạn này đã biết hầu hết các thông tin về đối tượng sử dụng điện.