Đồ án: Thiết kế tính toán hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng cơ khí

Đồ án mẫu trình bày chi tiết các bước thiết kế và tính toán hệ thống cung cấp điện cho phụ tải phân xưởng, từ xác định công suất đến chọn thiết bị.

• Tác giả: Trần Thanh Nhân
• Trường học: Đại học (không xác định)
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Tính toán & Thiết kế Cung cấp điện cho Phân xưởng Sửa chữa Cơ khí
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới Thiệu Về Thiết Kế Cung Cấp Điện Cho Phân Xưởng

Thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng là một trong những công việc quan trọng nhất trong các dự án công nghiệp hiện đại. Phân xưởng cơ khí sửa chữa với hệ thống máy móc đa dạng đòi hỏi phương pháp cung cấp điện đáng tin cậy và hiệu quả. Việc tính toán công suất phụ tải chính xác giúp đảm bảo chất lượng sản xuất và giảm chi phí vận hành. Nhà máy loại II cần được bảo đảm cung cấp điện liên tục, nếu ngừng điện sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm. Do đó, quá trình thiết kế hệ thống điện phải tính toán yếu tố phát triển trong 2-3 năm và 5-10 năm tới, tránh quá tải hoặc dư thừa công suất không cần thiết.

1.1. Đặc Điểm Của Hệ Thống Điện Phân Xưởng

Hệ thống điện phân xưởng công nghiệp bao gồm nhiều thiết bị khác nhau như động cơ, máy tiện, máy khoan và các tủ phân phối điện. Sơ đồ mặt bằng cung cấp điện cần được lập kỹ lưỡng với vị trí trạm biến áp, tủ phân phối và các tủ động lực hợp lý. Các thông số thiết bị phải được kiểm tra cẩn thận để đảm bảo khả năng cung cấp công suất liên tục và ổn định cho toàn bộ phân xưởng.

1.2. Mục Đích Thiết Kế Cung Cấp Điện

Mục đích chính là thiết kế hệ thống cung cấp điện an toàn, kinh tế và có khả năng mở rộng. Cần xác định chính xác công suất tổng của phân xưởng, chọn thiết bị điện phù hợp như máy biến áp, cáp dẫn, và các tủ bảo vệ. Ngoài ra, cần nâng cao hệ số công suất để giảm năng lượng phản kỳ và chi phí điện năng hàng tháng.

II. Phương Pháp Xác Định Công Suất Phụ Tải

Xác định công suất phụ tải là bước quan trọng nhất trong tính toán cung cấp điện. Phương pháp này bao gồm việc chia nhóm các thiết bị trong phân xưởng theo chức năng và tính toán công suất tiêu thụ từng nhóm. Tâm phụ tải được xác định dựa trên vị trí địa lý của các thiết bị để lựa chọn vị trí đặt trạm biến áp hợp lý. Công suất tổng bao gồm công suất thực (P), công suất phản kỳ (Q) và công suất biểu kiến (S). Cần tính toán hệ số phụ tải đồng thời để cho kết quả chính xác, tránh tính dư thừa hoặc thiếu hụt công suất.

2.1. Chia Nhóm Và Phân Loại Thiết Bị

Các thiết bị trong phân xưởng được chia thành 6 nhóm chính dựa trên đặc tính tiêu thụ điện: nhóm động cơ tiện gỗ, nhóm động cơ máy khoan, nhóm hàn điện, nhóm đèn chiếu sáng, nhóm sưởi ấm và nhóm thiết bị khác. Mỗi nhóm có công suất riêng và hệ số sử dụng công suất khác nhau, ảnh hưởng đến tổng công suất tính toán của toàn phân xưởng.

2.2. Tính Toán Công Suất Tổng

Công suất tổng phân xưởng được tính bằng cách cộng công suất từng nhóm nhân với hệ số sử dụng đồng thời. Công thức: P_tổng = Σ(P_nhóm × k_sử dụng). Công suất biểu kiến (S) = P/cos(φ). Với phân xưởng công nghiệp, hệ số công suất thường từ 0,7-0,85, do đó cần bù công suất phản kỳ bằng các tụ bù để nâng cao hiệu suất hệ thống.

III. Chọn Thiết Bị Và Tính Toán Hệ Thống Điện

Chọn thiết bị điện phù hợp là bước tiếp theo sau khi xác định công suất phụ tải. Bao gồm chọn máy biến áp, chọn cáp dẫn, chọn tủ phân phối, và chọn bảo vệ quá dòng (MCCB/APTOMAT). Máy biến áp phải đủ công suất để cung cấp cho toàn bộ phân xưởng và có lề dự trữ khoảng 20-30%. Các cáp dẫn từ trạm biến áp đến tủ phân phối phải được kiểm tra sụt điện áp không vượt quá 3-5%. Tủ động lực được lắp đặt gần các nhóm thiết bị để giảm chiều dài dây dẫn và sụt điện áp. Tính toán ngắn mạch để chọn công suất định mức thích hợp cho các thiết bị bảo vệ.

3.1. Chọn Máy Biến Áp Và Công Suất Trạm

Công suất máy biến áp được chọn bằng công suất tổng phân xưởng nhân với hệ số dự trữ (1,2-1,3). Nếu công suất lớn, nên chọn 2 máy biến áp hoạt động song song để đảm bảo độ tin cậy khi một máy hỏng. Sơ đồ kết nối máy biến áp với lưới điện cần bảo vệ bằng các thiết bị cắt chính và các cầu chì hoặc MCCB có khả năng cắt dòng ngắn mạch cao.

3.2. Kiểm Tra Sụt Điện Áp Và Chọn Cáp Dẫn

Sụt điện áp trên đường dây dẫn được tính theo công thức: ΔU = (2×I×L×ρ)/S, không được vượt 3-5% so với điện áp định mức. Tiết diện cáp được chọn dựa trên dòng điện cho phép của cáp và điều kiện đặt cáp (ngầm, trên cầu, trong ống). Cáp từ trạm biến áp đến tủ phân phối phải có tiết diện đủ lớn để tránh quá tải và phát nóng.

IV. Nâng Cao Hệ Số Công Suất Và Lập Dự Toán Chi Phí

Nâng cao hệ số công suất là một biện pháp quan trọng để giảm tổn thất điện năng và chi phí điện. Phần lớn các thiết bị trong phân xưởng là động cơ điện có hệ số công suất ban đầu khoảng 0,7-0,8, gây lãng phí năng lượng. Bù công suất bằng các tụ bù nối song song với phụ tải để nâng hệ số công suất lên 0,9-0,95. Điều này giảm dòng điện truyền tải, giảm sụt điện áp, và giảm chi phí điện hàng tháng từ 10-20%. Bảng dự trù vật tư liệt kê chi tiết tất cả các thiết bị, vật liệu điện và chi phí lắp đặt để lập kế hoạch tài chính cho dự án.

4.1. Các Biện Pháp Bù Công Suất Phản Kỳ

Tụ bù là biện pháp phổ biến nhất để cải thiện hệ số công suất. Dung lượng cần bù được tính: Q_bù = P × (tanφ₁ - tanφ₂), trong đó φ₁ là góc pha ban đầu và φ₂ là góc pha mục tiêu. Tụ bù tĩnh được lắp ở tủ phân phối chính hoặc tại các tủ động lực nếu cần bù cục bộ. Sử dụng tụ bù tự động có thể tự điều chỉnh dung lượng theo tải thực tế, đảm bảo hệ số công suất luôn tối ưu.

4.2. Lập Dự Toán Vật Tư Và Chi Phí Lắp Đặt

Bảng dự trù vật tư bao gồm: máy biến áp, MCCB, cáp điện, tủ phân phối, tủ động lực, tụ bù, dây dẫn, và các phụ kiện điện khác. Chi phí lắp đặt được tính dựa trên giá thị trường hiện tại và nhân công lắp dựng. Tổng chi phí dự toán giúp đánh giá tính kinh tế của dự án và lập kế hoạch đầu tư phù hợp với ngân sách sẵn có.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 GIỚI THIỆU 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. Trong chiến lược sản xuất và phát triển, nhà máy sẽ thường xuyên nâng cấp, cải tiến qui trình kỹ thuật, cũng như linh hoạt chuyển sang sản xuất cả các sản phẩm phù hợp với nhu cầu của nền kinh tế.

Do vậy, trong quá trình thiết kế cung cấp điện, sẽ có sự chú ý đến yếu tố phát triển, mở rộng trong tương lai gần 2-3 năm cũng như 5-10 năm của nhà máy. 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. Phân xưởng sữa chữa cơ khí có Toàn bộ khuôn viên nhà máy rộng gần 20.

Đây là một nhà máy lớn với tổng công suất hơn 9000 kW bao gồm 9 phân xưởng, làm việc 3 ca. Năng lượng điện cung cấp cho nhà máy được lấy từ hệ thống lưới điện quốc gia thông qua trạm biến áp trung gian cách nhà máy 15km.Về phụ tải điện: do sản xuất theo dây chuyền, nên hệ thống phụ tải của nhà máy phân bố tương đối tập trung, đa số phụ tải của nhà máy là các động cơ điện, có cấp điện áp chủ yếu là 0,4 kV; có một số ít thiết bị công suất lớn làm việc ở cấp điện áp 3 kV: lò nhiệt, các động cơ công suất lớn …Tương ứng với qui trình và tổ chức sản xuất, thời gian sử dụng công suất cực đại của nhà máy Tmax=5000 giờ. Phụ tải điện trong phân xưởng sữa chữa cơ khí có thể phân ra làm 2 loại phụ tải chính: 1 Khóa luận tốt nghiệp__________________________________________ Trần Thanh Nhân + 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 dải từ 1 đến hàng chục kW và được cung cấp bởi dòng điện xoay chiều 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 tần số f = 50 Hz.1 Sơ đồ mặt bằng và các thông số thiết bị Hình1.1 Sơ đồ mặt bằng nhà máy cơ khí công nghiệp địa phương 2 Khóa luận tốt nghiệp__________________________________________ Trần Thanh Nhân Sơ đồ phân mặt bằng phân xưởng sửa chữa cơ khí Hình 1.2 Sơ đồ phân mặt bằng phân xưởng sữa chữa cơ khí 1.2 Thông số thiết bị Bảng 1.1 Danh sách các thiêt bị phân xưởng sữa chữa cơ khí KÝ SỐ HIỆU Pđm (kW) Nhãn LƯỢNG TRÊN TÊN THIẾT BỊ MẶT hiệu 1 máy Toàn bộ BẰNG 1 Máy tiện ren 1616 1 4,5 4,5 2 Máy tiện tự động TD-IM 3 5,1 15,3 3 Máy tiện tự động 2A-62 2 14 28 4 Máy tiện tự động 1615M 2 5,6 11,2 5 Máy tiện tự động 1615M 1 2,2 2,2 6 Máy tiện rêvôn ve IA-I8 1 1,7 1,7 3 Khóa luận tốt nghiệp__________________________________________ Trần Thanh Nhân 7 Máy phay vạn năng 678M 1 3,4 3,4 8 Máy phay ngang 678M 1 1,8 1,8 9 Máy phay đứng 6H82 2 14 28 10 Máy phay đứng 6H-12R 1 7 7 11 Máy mài - 1 2,2 2,2 12 Máy bào ngang 7A35 2 9 18 13 Máy xọc S3A 3 8,4 25,2 14 Máy xọc 7417 1 2,8 2,8 15 Máy khoan vạn năng A135 1 4,5 4,5 16 Máy doa ngang 2613 1 4,5 4,5 17 Máy khoan hướng tâm 4522 1 1,7 1,7 18 Máy mài phẳng CK-371 2 18 18 19 Máy mài tròn 3153M 1 5,6 5,6 20 Máy mài trong 3A24 1 2,8 2,8 21 Máy mài dao cắt gọt 3628 1 2,8 2,8 22 Máy mài sắc vạn năng 3A-64 1 0,65 0,65 23 Máy khoan bàn HC-12A 2 0,65 1,3 24 Máy ép kiểu trục khuỷu K113 1 1,7 1,7 27 Máy mài phá 3M364 1 3 3 28 Cưa tay - 1 1,35 1,35 29 Cưa máy 872 1 1,7 1,7 31 Lò điện kiểu buồng H-30 1 30 30 32 Lò điện kiểu đứng S-25 1 25 25 33 Lò điện kiểu bể B-20 1 30 30 34 Bể điện phân PB21 1 10 10 43 Máy tiện ren IK620 2 10 20 44 Máy tiện ren 1A-62 1 7 7 4 Khóa luận tốt nghiệp__________________________________________ Trần Thanh Nhân 45 Máy tiện ren 1616 1 4,5 4,5 46 Máy phay ngang 6P80G 1 2,8 2,8 47 Máy phay vạn năng 678 1 2,8 2,8 48 Máy phay răng 5D32 1 2,8 2,8 49 Máy xọc 7417 1 2,8 2,8 50 Máy bào ngang - 2 7,6 15,2 51 Máy mài tròn - 1 7 7 52 Máy khoan đứng - 1 1,8 1,8 53 Búa khí nén - 1 10 10 54 Quạt - 1 3,2 3,2 57 Biến áp hàn CTE24 1 12,5 12,5 58 Máy mài phá 3T-634 1 3,2 3,2 59 Khoan điện P-54 1 0,6 0,6 60 Máy cắt 872 1 1,7 1,7 65 Bàn nguội - 3 0,5 1,5 66 Máy cuốn dây - 1 0,5 0,5 67 Bàn thí nghiệm - 1 15 15 68 Bể tấm có đốt nóng - 1 4 4 69 Tủ sấy - 1 0,85 0,85 70 Khoan bàn HC-12A 1 0,65 0,65 5 Khóa luận tốt nghiệp__________________________________________ Trần Thanh Nhân CHƯƠNG 2: CHỌN PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN 2.1 Giới thiệu phương pháp cung cấp điện Hệ thống điện bao gồm ba khâu: nguồn điện, truyền tải điện và tiêu thụ điện, Nguồn điện là các nhà máy điện (thuỷ điện, nhiệt điện, điện nguyên tử …) và các trạm phát điện ( điêzen, điện mặt trời…). Tiêu thụ điện bao gồm tất cả các đối tượng sử dụng điện năng trong các lĩnh vực kinh tế và đời sống: công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, giao thông vận tải, thương mại, dịch vụ, phục vụ sinh hoạt… Để truyền tải điện từ nguồn phát đến các hộ tiêu thụ người ta sử dụng lưới điện, Lưới điện bao gồm đường dây tải điện và trạm biến áp. Có nhiều cách phân loại lưới điện.Căn cứ vào trị số của điện áp, chia ra lưới điện siêu cao áp (500KV), lưới điện cao áp ( 220KV, 110KV ), lưới trung áp ( 35KV, 22KV, 10KV, 6KV ) lưới điện hạ áp (0,4KV), Căn cứ vào nhiệm vụ, chia ra lưới cung cấp (500KV, 220KV, 110KV ), lưới phân phối ( 35KV, 22KV, 10KV, 6KV, 0,4KV ). Ngoài ra còn nhiều cách chia khác, Ví dụ: căn cứ vào phạm vi cấp điện, chia ra lưới khu vực, lưới địa phương: căn cứ vào số pha, chia ra lưới một pha, hai pha, ba pha; căn cứ vào đối tượng cấp điện chia ra lưới công nghiệp, lưới nông nghiệp, lưới đô thị… Lưới điện nước ta hiện có nhiều cấp điện áp: 0,4KV, 6KV, 10KV, 22KV, 35KV, 110KV, 220KV và 500KV, Một số chuyên gia cho rằng trong tương lai lưới điện Việt Nam chỉ nên tồn tại năm cấp điện áp: 0,4KV, 22KV, 110KV, 220KV và 500KV.

Bất kỳ một phương án (hoặc dự án) cung cấp điện nào cũng phải thoả mãn 4 yêu cầu cơ bản sau:  Độ tin cậy cung cấp điện Đó là mức đảm bảo liên tục cung cấp điện tuỳ thuộc vào tính chất của hộ dùng điện: Tải loại 1: là những tải rất quan trọng không được để mất điện, nếu xảy ra mất điện sẽ gây ra hậu quả nghiêm trọng, 6 Khóa luận tốt nghiệp__________________________________________ Trần Thanh Nhân - Làm mất an ninh chính trị, mất trật tự xã hội, Đó là sân bay, cảng hàng hải, khu quân sự, khu ngoại giao đoàn, các đại sứ quán, nhà ga, bến xe, trục giao thông chính trong thành phố … - Làm thiệt hại lớn đối với nền kinh tế quốc dân. Đó là khu công nghiệp, khu chế suất, dầu khí, luyện kim, nhà máy cơ khí lớn, trạm bơm công nghiệp lớn,… Những hộ này đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. - Làm nguy hại đến tính mạng con người, Tải loại 2: bao gồm các xí nghiệp chế tạo hang tiêu dùng (như xe đạp,vòng bi, bánh kẹo, đồ nhựa …) và thương mại, dịch vụ ( khách sạn, siêu thị, trung tâm thương mại lớn…). Với những hộ này nếu mất điện sẽ bị thua thiệt về kinh tế như dẫn công, gây thứ phẩm, chế phẩm phá vỡ hợp đồng cung cấp nguyên liệu hoặc sản phẩm cho khách hàng, làm giảm sút doanh số và lãi xuất… Tải loại 3: là những tải không quan trọng cho phép mất điện tạm thời khi cần thiết, Đó là tải ánh sáng sinh hoạt đô thị và nông thôn.

 Chất lượng điện Chất lượng điện được thể hiện ở hai chỉ tiêu: tần số (f) và điện áp (U), Một phương án cấp điện có chất lượng tốt là phương án đảm bảo trị số tần số và điện áp nằm trong giới hạn cho phép. Cơ quan Trung tâm Điều độ Quốc gia chịu trách nhiệm điều chỉnh tần số chung cho hệ thống điện. Việc đảm bảo cho điện áp tại mọi điểm nút trên lưới trung áp và hạ áp nằm trong phạm vi cho phép là nhiệm vụ của kỹ sư thiết kế và vận hành lưới cung cấp điện. Để đảm bảo cho các thiết bị dùng điện (động cơ, đèn, quạt, tủ lạnh, tivi…) làm việc bình thường yêu cầu điện áp đặt vào cực các thiết bị dùng điện không được chênh lệch quá 5% so với trị số điện áp định mức.

 Kinh tế Tính kinh tế của một phương án cấp điện thể hiện qau hai chỉ tiêu: vốn dầu tư và phí tổn vận hành. Vốn đầu tư một công trình điện bao gồm tiền mua vật tư, thiết bị, tiền vận chuyển, tiền thí nghiệm, thử nghiệm, tiền mua đất đai, đền bù hoa màu, tiền khảosát thiết kế, tiềm lắp đặt, nghiệm thu. 7 Khóa luận tốt nghiệp__________________________________________ Trần Thanh Nhân Phí tổn vận hành bao gồm các khoản tiền phải chi phí trong quá trình vận hành công trình điện: Tiền lương cán bộ quản lý, cán bộ kỹ thuật, công nhân vận hành, tiền bảo dưỡng định kỳ, tiền sửa chữa, trung đại tu, tiền thử nghiệm, thí nghiệm, tiền tổn thất điện năng trên công trình điện. Thường thì hai khoản kinh phí này luôn mâu thuẫn nhau, nếu vốn đầu tưlớn thì phí tổn vận hành nhỏ và ngược lại.