CHƯƠNG 1.1 Khái niệm về hệ thống cung cấp điện Hệ thống cung cấp điện bao gồm những thành phần sau: - Các nhà máy điện - Lưới truyền tải - Lưới phân phối - Phụ tải điện Trong đó: a. Các nhà máy điện: - Các nhà máy sản xuất điện năng từ các nguồn năng lượng khác nhau (dầu, than đá, nhiệt, năng lượng hạt nhân… ), các nhà máy điện kết nối với nhau nhờ lưới hệ thống (500kV) - Các trạm biến áp : Các nhà máy điện kết nối với hệ thống truyền tải qua các máy biến áp tăng áp. Lưới truyền tải: - Lưới truyền tải chuyển điện năng đi xa từ các nhà máy điện đến trạm địa phương. Lưới phân phối: - Giảm cấp điện áp xuống điện áp cơ bản của lưới phân phối.
- Hệ thống phân phối điện năng từ lưới phân phối qua các máy biến áp phân phối.Điện áp khoảng 4,16-34,5 kV. - Máy biến áp phân phối chuyển đổi điện áp xuống điện áp sử dụng và chuyển tới khách hàng sử dụng điện qua lưới hạ áp (220-380V) d. Phụ tải điện: - Là các phụ tải tiêu thụ điện / trực tiếp dùng điện. Hệ thống cung cấp điện cho công trình được thiết kế với nguyên tắc: 1 Trường ĐH SPKT TPHCM Thiết kế cung cấp điện cho 1 tổng thể và lựa chọn các phần tử của hệ thống sao cho các phần tử này đáp ứng được các yêu cầu kĩ thuật, vận hành an toàn và kinh tế.
Trong đó, mục tiêu chính là đảm bảo cho các hộ tiêu thụ luôn được đầy đủ điện năng với chất lượng cao. Trong quá trình thiết kế, một thiết kế được coi là tối ưu nếu thỏa mãn được đầy đủ các điều kiện sau: - Tính khả thi cao - Vốn đầu tư nhỏ - Đảm bảo độ tin cậy tùy theo mức độ tính chất phụ tải. - Chi phí vận hành hàng năm thấp. - Đảm bảo an toàn cho người dùng và thiết bị - Thuận tiện cho việc bảo dưỡng và sửa chữa.
Ngoài ra khi thiết kế cũng cần phải bảo đảm các yếu tố phát triển trong tương lai, tính mỹ quan của công trình và giảm ngắn thời gian lắp đặt.2 Đặc điểm của các phụ tải điện Phụ tải tiêu thụ điện là nơi mà điện năng được biến đổi trở thành các dạng năng lượng khác như cơ năng, nhiệt năng, quang năng hay chính điện năng,… nhằm phục vụ những nhu cầu và mục đích đa dạng của con người. Phụ tải tiêu thụ điện là bộ phận quan trọng của hệ thống cung cấp điện. Tùy theo mức độ quan trọng mà phụ tải tiêu thụ điện được phân thành 3 loại: a. Phụ tải loại 1: Là loại phụ tải được cung cấp điện liên tục, nếu sảy ra mất điện sẽ gây ra hậu quả vô cùng nghiêm trọng về người và của và mọi mặt.
Đối với phụ tải loại I phải cung cấp điện ít nhất 02 nguồn điện độc lập hoặc phải có nguồn dự phòng nóng. 2 Trường ĐH SPKT TPHCM Ví dụ về phụ tải loại 1: Nhà máy hóa chất, sân bay, bến cảng, lò luyện thép, văn phòng chính phủ, phòng mổ bệnh viện …. Phụ tải loại 2: Là loại phụ tải mà khi sảy ra mất điện sẽ gây ra thiệt hại lớn về kinh tế, ngưng trệ sản xuất,… Cung cấp điện cho phụ tải loại II thường có thêm nguồn dự phòng. Vấn đề ở đây là phải so sánh giữa vốn đầu tư cho nguồn dự phòng và hiệu quả kinh tế đem lại do không bị ngừng cung cấp điện.
Ví dụ về phụ tải loại 2: nhà máy cơ khí, nhà máy thực phẩm, khách sạn lớn, trạm bơm… c. Phụ tải loại 3: Là những hộ tiêu thụ điện còn lại như khu dân cư, trường học, phân xưởng, nhà kho của các nhà máy …Cho phép mất điện trong vài giờ tùy theo tính chất phụ tải.3 Những yêu cầu khi thiết kế cung cấp điện Mục tiêu cơ bản của nhiệm vụ thiết kế cung cấp điện là đảm bảo cho hộ tiêu thụ điện có đủ lượng điện năng yêu cầu với chất lượng tốt. Có thể nêu ra một số yêu cầu chính sau đây: a. Độ tin cậy cung cấp điện : Độ tin cậy cung cấp điện tùy thuộc vào hộ tiêu thụ loại nào, trong điều kiện cho phép người ta cố gắng chọn phương án cung cấp điện có độ tin cậy càng cao càng tốt.
Chất lượng điện năng: Chất lượng điện năng được đánh giá bằng 2 chỉ số là tần số và điện áp. Trong đó, chỉ tiêu tần số do cơ quan điều khiển hệ thống điện điều chỉnh. Chỉ có những hộ tiêu thụ điện lớn (hàng chục MW trở lên) mới phải quan tâm đến chế độ vận hành sao cho hợp lý để góp phần ổn định tần số của hệ thống điện. 3 Trường ĐH SPKT TPHCM Vì vậy người thiết kế cung cấp điện thường phải quan tâm đến chất lượng điện áp cho khách hàng.
Nói chung ở trong lưới trung áp và hạ áp cho phép dao động quanh giá trị ± 5% điện áp định mức. Đối với những phụ tải có yêu cầu cao về chất lượng điện áp như nhà máy hóa chất, điện tử, cơ khí chính xác. điện áp chỉ cho phép dao động trong khoảng ± 2,5%. An toàn cung cấp điện: Hệ thống cung cấp điện phải được vận hành an toàn với người và thiết bị điện.
Muốn đạt được yêu cầu đó người thiết kế phải chọn sơ đồ cung cấp điện hợp lý, rõ ràng, rành mạch để tránh nhầm lẫn trong quá trình vận hành. Các thiết bị phải được chọn đúng chủng loại công suất. Công tác xây dựng lắp đặt hệ thống cung cấp điện ảnh hướng đến độ an toàn cung cấp điện. Người sử dụng phải tuyệt đối chấp hành những quy định về an toàn sử dụng điện.
Kinh tế : Khi đánh giá so sánh các phương án cung cấp điện, chỉ tiêu kinh tế chỉ được xét khi các chỉ tiêu kĩ thuật đã thỏa mãn. Chỉ tiêu kinh tế được đánh giá qua: Vốn đầu tư, chi phí vận hành, thời gian thu hồi vốn đầu tư. Việc đánh giá chỉ tiêu kinh tế phải thông qua tính toán và so sánh tỉ mỉ giữa các phương án, từ đó mới đưa ra phương án lựa chọn tối ưu nhất.4 Các bước thiết kế cung cấp điện Tùy thuộc vào quy mô của công trình lớn hay nhỏ mà các bước thiết kế có thể phân ra tỉ mỉ, hoặc gộp vào một số bước với nhau. Nhìn chung các bước thiết kế cung cấp điện có thể phân ra như sau: 1) Bước 1: Khảo sát và thu thập dữ liệu ban đầu: - Nhiệm vụ, mục đích thiết kế cung cấp điện.
- Đặc điểm về công năng của công trình sẽ được thiết kế cung cấp điện. - Dữ liệu về nguồn điện: Công suất, hướng cấp điện, khoảng cách đến hộ tiêu thụ. 4 Trường ĐH SPKT TPHCM - Dữ liệu về phụ tải: công suất, phân bố, phân loại hộ tiêu thụ. 2) Bước 2: Tính toán phụ tải: - Danh mục thiết bị điện.
- Tính phụ tải động lực. - Tính phụ tải chiếu sáng. 3) Bước 3: Chọn trạm biến áp, chọn trạm phát điện: - Dung lượng, số lượng,vị trí của trạm biến áp, trạm phân phối. - Số lượng, vị trí của tủ phân phối, tủ động lực ở mạng điện hạ áp.
4) Bước 4: Xác định phương án cung cấp điện: - Mạng cao áp. - Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện mạng trung áp, mạng hạ áp. 5) Bước 5: Tính toán ngắn mạch: - Tính toán ngắn mạch trong cao áp. - Tính toán ngắn mạch trong hạ áp.
6) Bước 6: Lựa chọn các thiết bị điện: - Lựa chọn máy biến áp. - Lựa chọn tiết diện dây dẫn. - Lựa chọn thiết bị điện cao áp. - Lựa chọn thiết bị điện hạ áp.
7) Bước 7: Tính toán chống sét và nối đất: - Tính toán chống sét cho trạm biến áp. - Tính toán chống sét cho đường dây cao áp. - Tính toán nối đất dây trung tính của máy biến áp hạ áp. 8) Bước 8: Tính toán tiết kiệm điện và nâng cao hệ số công suất: - Các phương pháp tiết kiệm điện và nâng cao hệ số công suất tự nhiên.
- Phương pháp bù bằng tụ bù: xác định dung lượng bù, phân phối tụ điện bù trong mạng điện cao áp và hạ áp. 9) Bước 9: Bảo vệ rơ le và tự động hóa: 5 Trường ĐH SPKT TPHCM - Bảo vệ rơ le cho máy biến áp, đường dây cao áp, các thiết bị có công suất lớn, quan trọng. - Các biện pháp tự động hóa. - Các biện pháp thông tin điều khiển.
10) Bước 10: Hồ sơ thiết kế cung cấp điện: - Bảng thống kê các dữ liệu ban đầu. - Bản vẽ mặt bằng công trình và phân bố phụ tải - Bản vẽ nguyên lý cung cấp điện mạng cao áp , hạ áp, mạng chiếu sáng. - Bản vẽ mặt bằng và sơ đồ đi dây cung cấp điện mạng cao áp, mạng hạ áp, mạng chiếu sáng. - Bản vẽ thiết bị bảo vệ đo lường, chống sét, nối đất.
- Bản vẽ chỉ dẫn vận hành và quản lý cung cấp điện.5 Mục tiêu của đồ án 1.1 Mục tiêu Trong nhà máy cơ khí có nhiều hệ thống máy móc khác nhau rất đa dạng, phong phú và phức tạp. Các hệ thống máy móc này có tính công nghệ cao và hiện đại. Do vậy mà việc cung cấp điện cho nhà máy phải đảm bảo chất lượng và độ tin cậy cao. Đứng về mặt cung cấp điện thì việc thiết kế điện phải đảm bảo sự gia tăng phụ tải trong tương lai, về mặt kỹ thuật và kinh tế phải đề ra phương án cấp điện sao cho không gây quá tải sau vài năm sản xuất và cũng không gây quá dư thừa dung lượng công suất dự trữ.
Theo quy trình trang bị điện và công nghệ của nhà máy ta thấy khi ngừng cung cấp điện sẽ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm của nhà máy gây thiệt hại về nền kinh tế quốc dân do đó ta xếp nhà máy vào phụ tải loại II, cần được bảo đảm cung cấp điện liên tục và an toàn. Vì vậy mục tiêu thiết kế phụ tải điện trong phân xưởng sữa chữa cơ khí có thể phân ra làm 2 loại phụ tải chính: Phụ tải động lực thường có chế độ làm việc dài hạn, điện áp yêu cầu trực tiếp đến thiết bị là 380/220V, công suất của chúng nằm trong 6 Trường ĐH SPKT TPHCM dải từ 1 đến hàng chục kW và được cung cấp bởi dòng điện xoay chiều ba pha tần số f = 50Hz. Phụ tải chiếu sáng thường là phụ tải 1 pha, công suất không lớn. Phụ tải chiếu sáng bằng phẳng, ít thay đổi và thường dùng dòng điện xoay chiều 220V tần số f = 50 Hz.
Tên đề tài Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng 1.