Báo Cáo: thiết kế cung cấp điện cho nhà máy sản xuất máy kéo

Lời nói đầu Điện năng là một dạng năng lượng phổ biến và có tầm quan trọng không thể thiếu được trong bất kỳ một lĩnh vực nào của nền kinh tế quốc dân của mỗi đất nước. Như chúng ta đã xác định và thống kê được rằng khoảng 70% điện năng được sản xuất ra dùng trong các xí nghiệp, nhà máy công nghiệp. Vấn đề đặt ra cho chúng ta là đã sản xuất ra được điện năng làm thế nào để cung cấp điện cho các phụ tải điện cho hiệu quả, tin cậy. Vì vậy cung cấp điện cho các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp có một ý nghĩa to lớn đối với nền kinh tế quốc dân. Nhìn về phương diện quốc gia thì việc đảm bảo cung cấp điện một cách liên tục và tin cậy cho ngành công nghiệp tức là đảm bảo cho nền kinh tế của quốc gia phát triển liên tục và tiến kịp với sự phát triển của nền khoa học công nghệ thế giới. Nếu ta nhìn về phương diện sản xuất và tiêu thụ điện năng thì công nghiệp là ngành tiêu thụ năng lượng nhiều nhất. Vì vậy cung cấp điện và sử dụng điện năng hợp lý trong lĩnh vực này sẽ có tác dụng trực tiếp đến việc khai thác một cách hiệu quả công suất của các nhà máy phát điện và sử dụng hiệu quả lượng điện năng được sản xuất ra. Một phương án cung cấp điện hợp lý là phải kết hợp một cách hài hoà các yêu cầu về kinh tế, độ tin cậy cung cấp điện, độ an toàn cao, đồng thời phải đảm bảo tính liên tục cung cấp điện, tiện lợi cho việc vận hành, sửa chữa khi hỏng hóc và phải đảm bảo được chất lượng điện năng nằm trong phạm vi cho phép. Hơn nữa là phải thuận lợi cho việc mở rộng và phát triển trong tương lai. Với đề tài: thiết kế cung cấp điện cho nhà máy sản xuất máy kéo Đã phần nào giúp em làm quen dần với việc thiết kế đề tài tốt nghiệp sau này. Trong thời gian làm bài, với sự cố gắng của bản thân, đồng thời với sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong bộ môn hệ thống điện và đặc biệt được sự giúp đỡ tận tình của thầy : Phan Đăng Khải em đã hoàn thành tốt bài tập dài của mình. Song do thời gian làm bài không nhiều, kiến thức còn hạn chế, nên bài làm của em không tránh khỏi những thiếu sót. Do vậy em kính mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy các cô để em có được những kinh nghiệm chuẩn bị cho công việc sau này. Em xin chân thành cảm ơn thầy Phan Đăng Khải cùng toàn thể thầy cô giáo trong bộ môn. mục lục Lời nói đầu Trang Chương I. Giới thiệu chung về nhà máy I. Giới thiệu chung về nhà máy 3 II. Nội dung tính toán thiết kế 7 Chương II. Xác định phụ tải tính toán I. Xác định phụ tải tính toán cho phân xưởng sửa chữa cơ khí 8 1. Phân nhóm phụ tải của phân xưởng sửa chữa cơ khí 8 2. Tính phụ tải tính toán cho các nhóm thiết bị trong phân xưởng 10 II. Xác định phụ tải tính toán cho nhà máy 16 1. Tính phụ tải tính toán của các phân xưởng trong nhà máy 16 2. Phụ tải tính toán của toàn nhà máy 19 Chương III. Thiết kế mạng điện cao áp cho toàn nhà máy I. Nguồn điện 20 II / Biểu đồ phụ tải của toàn nhà máy 20 III / Các phương án cung cấp điện cho các phân xưởng 22 IV/ So sánh kỹ thuật và kinh tế cho các phương án29 1. Phương án I…………………………………………………………………..29 2. Phương án II…………………………………………………………………34 3. Phương án III………………………………………………………………...36 4. Phương án IV……………………………………………………………….40 V. Thiết kế chi tiết cho phương án được chọn 1. Chọn đường đây từ hệ thống điện về TPPTT………………………………..42 2. Sơ dồ trạm phân phối trung tâm……………………………………………...43 3. Tính toán ngắn mạch và lựa chọn các thiết bị điện…………………………..43 4. Sơ đồ trạm biến áp phân xưởng……………………………………………...47 Chương IV. Thiết kế mạng điện hạ áp cho phân xưởng xửa chữa cơ khí I. Giới thiệu chung……………………………………………………………...49 II. Lựa chọn các phương án cấp điện. III. Lựa chọn các thiết bị cho tủ phân phối 3.1. Chọn cáp từ trạm biến áp phân xưởng về tủ phân phối của phân xưởng…..50 3.2. Chọn tủ phân phối cho phân xưởng 3.3. Lựa chọn MCCB cho tủ phân phối 3.4. Chọn cáp từ tủ phân phối đến tủ động lực IV. Tính toán ngắn mạch hạ áp…………………………………………………52 V. Lựa chọn các thiết bị trong các tủ động lực và dây dẫn đến các thiết bị của các phân xưởng…………………………………………………………………54 Chương V. Tính toán bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất cosử cho nhà máy I. Đặt vấn đề……………………………………………………………………58 II. Xác định và phân phối dung lượng bù. 2.1. Xác định dung lượng bù…………………………………………………...59 2.2. Phân phối dung lượng bù cho các trạm biến áp phân xưởng………………59 Chương VI. Thiết kế hệ thống chiếu sáng chung cho phân xưởng sửa chữa cơ khí I. Đặt vấn đề…………………………………………………………………….61 II. Lựa chọn số lượng và công suất của hệ thống đèn chiếu sáng chung……….63 III. Thiết kế mạng điện chiếu sáng……………………………………………..63 Tài liệu tham khảo 1. TL1-Thiết kế cấp điện, Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm- Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật 2. TL2-Cung cấp điện, Chủ biên Nguyễn Xuân Phú- Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật-2005 3. Ngắn mạch và đứt dây trong hệ thống điện, TS.Phạm Văn Hoà- Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật-2004. Chương I Giới thiệu chung về nhà máy I. Giới thiệu chung về nhà máy 1.1. Giới thiệu các quy trình công nghệ trong nhà máy Ngày nay với sự phát triển không ngừng của các nghành khoa học kỹ thuật vì vậy sự phát triển của nghành công nghiệp điện là vô cùng cần thiết và không thể thiếu được. Bất kì một quốc gia nào cũng có những tổ hợp, những khu công nghiệp, khu chế xuất mà ở đó có những nhà máy sản xuất như : nhà máy dệt, nhà máy thép, nhà máy sản xuất ô tô, máy kéo …. Các nhà máy này đòi hỏi cung cấp cho chúng một lượng điện năng rất lớn. Nhà máy sản xuất máy kéo là một nhà máy mà nó phục vụ cho các nghành khác của một quốc gia như : giao thông vận tải,nông nghiệp….do vậy nó tương đối quan trọng trong nền công nghiệp. Với một quy trình công nghệ chủ yếu là sản xuất, sửa chữa các chi tiết thiết bị, phụ tùng cho máy kéo. Do đó, việc cung cấp điện cho nhà máy phải phù hợp với với hệ thống điện khu vực và phát triển dựa theo quy luật chung của nền kinh tế. Quy trình công nghệ của nhà máy giữ một vị trí tương đối quan trọng trong nền công nghiệp và nông nghiệp của một đất nước. Chính vì điều này mà mức độ tin cậy cung cấp điện cho nhà máy cũng có một tầm quan trọng. Tuy nhiên khi ngừng cung cấp điện thì chỉ dẫn đến hiện tượng ngừng trệ sản xuất và lãng phí lao động và thiệt hại đến kinh tế và sản phẩm bị hỏng. Do đó nhà máy thuộc hộ tiêu thụ loại II và III. 1.2 Phụ tải của nhà máy Phụ tải của nhà máy có nhiều loại phụ tải khác nhau. Mỗi phụ tải có một đặc điểm riêng và các chỉ tiêu xác định điều kiện làm việc khác nhau , đòi hỏi khi cung cấp điện ta phải thoả mãn : * Công suất định mức và dải công suất của toàn nhà máy * Điện áp định mức và dải tần số Điện áp định mức của phụ tải toàn nhà máy phải phù hợp với điện áp của hệ thống điện và tương tự tần số của các thiết bị điện trong nhà máy cũng phải phù hợp với tần số của hệ thống điện. + Điện áp 3 pha 127/220V ; 220/380V cung cấp cho đại bộ phận các thiết bị trong nhà máy với các tần số công nghiệp là 50 Hz. + Điện áp 110V (220V cung cấp cho hệ thống chiếu sáng gồm các bóng đèn 110V (220V với tần số công nghiệp 50 Hz. 1.3. Yêu cầu về cung cấp điện liên tục Hầu hết các phụ tải tiêu thụ điện trong nhà máy thuộc hộ loại II do đó tuy có tầm quan trọng tương đối lớn nhưng khi ngừng cung cấp điện nó chỉ dẫn đến thiệt hại về kinh tế do hư hỏng sản phẩm, ngừng trệ sản xuất và lãng phí lao động …… Vì vậy nhà máy có thể chỉ cần cung cấp bằng một nguồn điện nhưng cũng có thể là hai nguồn điện. Đồng thời cho phép ngừng cấp điện khi đóng nguồn dự trữ bằng tay. Trong nhà máy các hộ loại II chiếm 80% các phụ tải tiêu thụ. Đối với các hộ chiếu sáng, nhà kho, phòng làm việc, thiết kế trong nhà máy là các hộ tiêu thụ loại III do vậy mức độ tin cậy cung cấp điện thấp hơn nên cho phép mất điện trong khoảng thời gian một ngày đêm. Các hộ này được thiết kế một nguồn cung cấp và nó chiếm 20 % phụ tải của toàn nhà máy. 1.4. Các thông số của nhà máy
Hình 1.1 Sơ đồ mặt bằng nhà máy số 6. Số trên mặt bằng  Tên phân xưởng  Công suất đặt   1  Ban quản lý và phòng thiết kế  80   2  Phân xưởng cơ khí số 1  3600   3  Phân xưởng cơ khí số 2  3200   4  Phân xưởng luyện kim màu  1800   5  Phân xưởng luyện kim đen  2500   6  Phân xưởng sửa chữa cơ khí  Theo tính toán   7  Phân xưởng rèn  2100   8  Phân xưởng nhiệt luyện  3500   9  Bộ phận nén khí  1700   10  Kho vật liệu  60   11  Chiếu sáng phân xưởng  Theo diện tích   Bảng 1.1. Phụ tải của nhà máy Ký hiệu trên mặt bằng  Tên thiết bị  Số lượng  Công suất (kW)   (1)  (2)  (3)  (4)   Bộ phận đúc đồng   1  Máy cưa kiểu đai  1  1   2  Bàn  2    3  Khoan bàn  1  0,65   4  Máy ép tay  1    5  Máy mài thô  1  2,8   6  Máy khoan đứng  1  2,8   7  Máy bào ngang  1  4,5   8  Máy xọc  1  2,8   9  Máy mài tròn vạn năng  1  2,8   10  Máy phay răng  1  4,5   11  Máy phay vạn năng  1  7,8   12  Máy tiện ren  1  8,1   13  Máy tiện ren  1  10   14  Máy tiện ren  1  14   15  Máy tiện ren  1  4,5   16  Máy tiện ren  1  10   17  Máy tiện ren  1  20   Bộ phận lắp ráp   18  Máy khoan đứng  1  0,85   19  Cầu trục  1  24,2   20  Bàn lắp ráp  1    21  Bàn  1    22  Máy khoan bàn  1  0,85   (1)  (2)  (3)  (4)   23  Máy để cân bằng tĩnh  1    24  Bàn  1    25  Máy ép tay  1    26  Bể dầu có tăng nhiệt  1  2,5   27  Máy cạo  1  1   28  Bể ngâm nước nóng  1    29  Bể ngâm Natri Hidroxit  1    30  Máy mài thô  1  2,8   Bộ phận hàn hơi   31  Máy nén cắt liên hợp  1  1,7   32  Bàn để hàn  1    33  Máy mài phá  1  2,8   34  Quạt lò rèn  1  1,5   35  Lò tròn  1    36  Máy ép tay  1    37  Bàn  1    38  Máy khoan đứng  1  0,85   39  Bàn nắn  1    40  Bàn đánh dấu  1    Bộ phận sửa chữa điện   41  Bể ngâm dung dịch kiềm  1  3   42  Bể ngâm nước nóng  1  3   43  Bàn  1    44  Dao cắt vật liệu cách điện  1    45  Máy ép tay  1    46  Máy cuốn dây  1  1,2   47  Máy cuốn dây  1  1   48  Bể ngâm tẩm có tăng nhiệt  1  3   49  Tủ xấy  1  3   50  Máy khoan bàn  1  0,65   51  Máy để cân bằng tĩnh     52  Máy mài thô  1  2,8   53  Bàn thử nghiệm thiết bị điện  1  7   Bộ phận đúc đồng   54  Dao cắt có tay đòn  1    55  Bể khử dầu mỡ  1  3   56  Lò điện để luyện khuôn  1  5   57  Lò điện để nấu chảy babit  1  10   58  Lò điện để mạ thiếc  1  3,5   59  Đá lát để đổ babit  1    60  Quạt lò đúc đồng  1  1,5   61  Bàn  1    62  Máy khoan bàn  1  0,65   63  Bàn nắn  1    (1)  (2)  (3)  (4)   64  Máy uốn các tấm mỏng  1  1,7   65  Máy mài phá  1  2,8   66  Máy hàn điểm  1  25 kVA   Buồng nạp điện   67  Tủ để nạp acquui  1    68  Giá đỗ thiết bị  1    69  Chỉnh lưu Selenmium  1  0,6   70  Bàn  1    Bảng 1.2. Các thiết bị điện của phân xưởng sửa chữa cơ khí II. Nội dung tính toán thiết kế * Giới thiệu chung về nhà máy. * Xác định phụ tải tính toán. * Thiết kế mạng cao áp cho toàn nhà máy * Thiết kế mạng hạ áp cho phân xưởng sửa chữa cơ khí * Tính toán ngắn mạch và kiểm tra thiết bị * Tính bù công suất phản kháng * Thiết kế chiếu sáng. Chương II Xác định phụ tải tính toán Trong thiết kế cung cấp điện thì phụ tải tính toán là số liệu rất quan trọng. Vì nhờ có phụ tải tính toán ta mới có thể chọn được các thiết bị điện : MBA, dây dẫn và các thiết bị đóng cắt cũng như các thiết bị bảo vệ khác …, đồng thời mới có thể tính được các tổn thất :điện áp, tổn thất công suất, tổn thất điện năng và ta chọn được thiết bị bù. Để xác định phụ tải tính toán một cách chính xác là rất khó khăn vì phụ tải điện phụ thuộc vào các yếu tố như : Công suất, số lượng các thiết bị và chế độ vận hành cũng như các quy trình công nghệ của thiết bị trong vận hành. Nếu ta xác định phụ tải tính toán không chính xác thì sẽ xảy ra một số trường hợp sau : +Nếu phụ tải tính toán Ptt < Pthựctế (phụ tải thực tế) khi đó sẽ làm giảm tuổi thọ của thiết bị và không những thế có thể gây cháy nổ vì các thiết bị bảo vệ đã chọn không đảm bảo được yêu cầu tác động khi xảy ra sự cố. + Nếu phụ tải tính toán Ptt > Pthực tế khi đó sẽ dẫn đến lãng phí cho đầu tư vốn nhưng không mang lại hiệu quả gì về kinh tế cũng như kỹ thuật. Nhà máy sản xuất máy kéo là một nhà máy lớn bao gồm nhiều phân xưởng nhỏ cấu thành. Vì vậy để xác định được phụ tải tính toán của nhà máy ta phải đi xác định phụ tải tính toán cho các phân xưởng sau đó ta mới xác định phụ tải tính toán cho toàn nhà máy. Để đưa ra được một phương pháp tính toán phù hợp ta cần phải lựa chọn dựa trên các phương pháp tính toán đã có. I. Xác định phụ tải tính toán cho phân xưởng sửa chữa cơ khí Trước khi xác định phụ tải tính toán cho toàn phân xưởng ta phân nhóm các phụ tải ra và tính toán cho các nhóm đó. 1 / Phân nhóm phụ tải của phân xưởng sửa chữa cơ khí Để phân nhóm phụ tải của phân xưởng tốt ta cần phải tuân theo các nguyên tắc chung khi phân nhóm : + Các thiết bị trong nhóm nên có cùng chế độ làm việc. + Các thiết bị trong nhóm nên ở gần nhau về vị trí + Tổng công suất của các nhóm trong phân xưởng nên chênh lệch ít . Từ những nguyên tắc phân nhóm trên ta phân ra được phụ tải trong xưởng sửa chữa cơ khí ra làm 6 nhóm như trong bảng 2-1 Bảng 2.1. Phân nhóm thiết bị trong phân xưởng Tên nhóm  Tên thiết bị điện trong nhóm  Số lượng  Ký hiệu trên mặt bằng  Công suất đặt định mức(KW)       Một thiết bị  Tổng số thiết bị   (1)  (2)  (3)  (4)  (5)  (6)   Nhóm I  Máy cưa kiểu đai  1  1  1  1    Khoan bàn  1  3  0,65  0,65    Máy mài thô  1  5  2,8  2,8    Máy khoan đứng  1  6  2,8  2,8    (2)  (3)  (4)  (5)  (6)    Máy bào ngang  1  7  4,5  4,5    Máy xọc  1  8  2,8  2,8    Máy mài tròn vạn năng  1  9  2,8  2,8    Cộng theo nhóm  7    17,35   Nhóm II  Máy phay răng  1  10  4,5  4,5    Máy phay vạn năng  1  11  7,8  7,8    Máy tiện ren  1  12  8,1  8,1    Máy tiện ren  1  13  10  10    Máy tiện ren  1  14  14  14    Máy tiện ren  1  15  4,5  4,5    Máy tiện ren  1  16  10  10    Máy tiện ren  1  17  20  20    Cầu trục  1  19  12,1  12,1    Cộng theo nhóm  9    91   NhómIII  Máy khoan đứng  1  18  0,85  0,85    Máy khoan bàn  1  22  0,85  0,85    Bể dầu có tăng nhiệt  1  26  2,5  2,5    Máy cạo  1  27  1  1    Máy mài thô  1  30  2,8  2,8    Cộng theo nhóm  5    8   Nhóm  IV  Máy nén cắt liên hợp  1  31  1,7  1,7    Máy mài phá  1  33  2,8  2,8    Quạt lò rèn  1  34  1,5  1,5    Máy khoan đứng  1  38  0,85  0,85    Cộng tổng theo nhóm  8    6,85   Nhóm V  Bể ngâm dung dịch kiềm  1  41  3  3    Bể ngâm nước nóng  1  42  3  3    Máy cuốn dây  1  46  1,2  1,2    Máy cuốn dây  1  47  1  1    Bể ngâm tẩm có tăng nhiệt  1  48  3  3    Tủ xấy  1  49  3  3    Máy khoan bàn  1  50  0,65  0,65    Máy mài thô  1  52  2,8  2,8    Bàn thử nghiệm TBĐ  1  53  7  7    Cộng theo nhóm  9    24,65   Nhóm VI  Bể khử dầu mỡ  1  55  3  3    Lò điện để luyện khuôn  1  56  5  5    Lò điện để nấu chảy babit  1  57  10  10    Lò điện để mạ thiếc  1  58  3,5  3,5    Cộng theo nhóm  4    21,5   Nhóm VII  Quạt lò đúc đồng  1  60  1,5  1,5    Máy khoan bàn  1  62  0,65  0,65    Máy uốn các tấm mỏng  1  64  1,7  1,7    Máy mài phá  1  65  2,8  2,8    Máy hàn điểm  1  66  13  13    Chỉnh lưu Selenium  1  69  0,6  0,6    Cộng theo nhóm  6    20,25   2/ Tính phụ tải tính toán cho các nhóm thiết bị trong phân xưởng. 2.1/ Các phương pháp tính phụ tải tính toán a/ Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu Phụ tải tính toán được xác định theo công thức:
(2-1)
(2-2)
(2-3) Trong đó: + knc : là hệ số nhu cầu + Pđi :là công suất đặt của thiết bị thứ i . ở phương pháp này ta có các ưu nhược điểm sau: + Ưu điểm : phương pháp này đơn giản, tính toán nhanh. + Nhược điểm : Phương pháp này không thật chính xác. b/ Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất Phụ tải tính toán được xác định theo công thức sau: Ptt = po.F (2-4) Trong đó : +po: là suất phụ tải trên 1m2 diện tích sản xuất (kW/m2) + F: là diện tích sản xuất m2 Đối với phương pháp này thì kết quả chỉ gần đúng, vì vậy nó thường được dùng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, tính phụ tải các phân xưởng có mật độ máy móc sản xuất phân bố tương đối đều. c / Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm. Xác định theo công thức:
(2-5) Trong đó : +M : là số đơn vị sản phẩm được sản xuất ra trong một năm +a0 : là suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm(kWh/đơn vị sản phẩm) + Tmax : là thời gian sử dụng công suất lớn nhất, h Phương pháp này hay được dùng cho các thiết bị mà có đồ thị phụ tải ít biến đổi với kết quả tương đối chính xác. d Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại và công suất trung bình ( phương pháp số thiết bị hiệu quả ). Phương pháp này thì phụ tải tính toán được xác định theo công thức : Ptt = kmax. ksd.Pđm (2-6) Trong đó ta có: + Pđm: Công suất định mức (kW) + ksd, kmax: là hệ số cực đại và hệ số sử dụng Phương pháp này có các bước tính toán tương đối phức tạp do vậy mà kết quả xác định phụ tải tính toán của phương pháp là tương đối chính xác. Từ các phương pháp xác định phụ tải tính toán đã được nêu trên ta thấy rằng các thiết bị dùng điện trong phân xưởng dùng điện là 380 V, (U< 1000V) do vậy ta chọn phương pháp tính theo số thiết bị hiệu quả bởi vì phương pháp này cho kết quả tương đối chính xác. 2.2/ Nội dung chi tiết của phương pháp hệ số kmax và công suất trung bình Ptb để tính phụ tải tính toán cho phân xưởng cho phân xưởng sửa chữa cơ khí. Từ công thức (2-6) : Ptt = kmax. ksd.Pđm Trong trường hợp này khi tính toán cho một nhóm thiết bị thì khi đó công thức (2-6) sẽ như sau :
( 2-7 ) Trong đó : +n : là số thiết bị trong nhóm +Pđmi : công suất định mức của thiết bị thứ i (kW) Trong 2 công thức (2-6) và (2-7) ta thấy rằng ta cần phải đi xác định hệ số kmax và ksd a/Xác định hệ số sử dụng: ksd Hệ số sử dụng là tỉ số giữa phụ tải tác dụng trung bình với công suất tác dụng định mức của thiết bị. Nó nói lên mức độ sử dụng của thiết bị điện trong một chu kỳ làm việc. Hệ số ksd được xác định theo công thức: +Đối với một thiết bị:
(2-8) + Đối với một nhóm có n thiết bị: