Đồ án Đặc điểm công nghệ và phụ tải

Lời nói đầu Trong công cuộc xây dựng và đổi mới đất nước, điện lực luôn giữ vai trò vô cùng quan trọng trong nền kinh tế quốc dân.Ngày nay điện năng trở thành năng lượng không thể thiếu được trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế.Mỗi khi có một nhà máy mới ,một khu công nghiệp mới, một khu dân cư mới được xây dựng thì ở đó nhu cầu về hệ thống cung cấp điện nảy sinh. Trong công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước,mà đi đầu là công nghiệp ,nền công nghiệp nước ta đang có được nhữnh thành tựu đáng kể: các xí nghiệp công nghiệp ,các nhà máy với những dây truyền sản xuất hiện đại đã và đang được đưa vào hoạt động .Gắn liền với những công trình đó,để đảm bảo sự hoạt động liên tục ,tin cậy và an toàn thì cần phải có một hệ thống cung cấp điện tốt. Đối với sinh viên khoa điện,nhữnh kỹ sư tương lai sẽ trực tiếp tham gia thiết kế các hệ thống cung cấp điện như vậy ,cho nên ngay từ khi còn là sinh viên thì việc được làm bài tập lớn cung cấp điện là sự tập dượt ,vận dụng những lý thuyết đã học vào thiết kế hệ thống cung cấp điện như một cách làm quen với công việc mà sau này ra công tác sẽ phải thực hiện.Bài tập lớn cung cấp điện là một bài tập thiết thực nó gần với nhữnh ứng dụng thực tế cuộc sống hàng ngày,tuy khối lượng tính toán là rất lớn song lại thu hút được sự nhiệt tình ,say mê của sinh viên. Trong thời gian làm bài tập này, với sự say mê cố gắng ,nỗ lực trong công việc của bản thân cùng với sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầy giáo Phan Huy Khải bộ môn Hệ Thống Điện em đã hoàn thành bài tập lớn của mình.Từ bài này mà em biết cách vận dụng lý thuyết vào trong tính toán thực tế và càng hiểu sâu lý thuyết hơn.Tuy đã cố gắng, đã bỏ nhiều công sức cho bài tập thực tế này nhưng do kiến thức còn hạn chế ,chắc khó tránh khỏi có nhiều khiểm khuyết .Em mong nhận được sự nhận xét và chỉ bảo của thầy giáo để em được rút kinh nghiệm nhằm hoàn thiện tốt hơn bản đồ án này và các đồ án khác. Hà nội tháng12/2005 Sinh viên:Đỗ Khắc Tiệp Chương1: Mở đầu 1.1.Giới thiệu chung về nhà máy Khi nền công nghiệp ngày càng phát triển thì những nhà máy,xí nghiệp chủ chốt cũng không thể đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của xã hội , đồng thời để thúc đẩy nền kinh tế quốc dân phát triển mạnh mẽ thì phải xây dựng các xí nghiệp vệ tinh ở các địa phương. Khi các nhà máy,xí nghiệp được xây dựng thì một trong những yếu tố quan trọng đảm bảo cho nhà máy có thể hoạt động liên tục,đảm bảo chất lượng đầu ra của sản phẩm đó chính là hệ thống cấp điện của nhà máy.Hệ thống cung cấp diện cho nhà máy phải đảm bảo được các chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế đặt ra,không những nó có thể đáp ứng tốt cho phụ tải điện của nhà máy ở thời điểm hiện tại mà còn phải tính đến khả năng mở rộng của nhà máy trong tương lai. Với yêu cầu thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy Luyện kim đen với mặt bằng xây dựng ở Thành phố Thái Nguyên tỉnh Thái Nguyên là trung tâm luyện kim đen của cả nước, chúng ta sẽ xem xét một số đặc điểm của nhà máy đó . 1.1.1 Vị trí địa lý Nhà máy được xây dựng ở Thành phố Thái Nguyên , Tỉnh Thái Nguyên gần nguồn mỏ quặng bởi vậy dễ dàng cho vận chuyển nguyên vật liệu thô để sản xuất. Đồng thời nó cách Hà Nội không xa mà lại có đường giao thông thuận lợi để phân phối sản phẩm tới trung tâm Hà Nội và từ đó đi khắp mọi miền đất nước. Nhà máy cách nguồn điện 15 km 1.1.2 Vị trí kinh tế Đất nước ta đang quá trình hiện đại hoá đất nước cần nhiều nguyên vật liệu đặc biệt là gang thép để xây dựng hạ tầng và đô thị phục vụ sự phát triển đó, do vậy nhà máy chiếm một vị trí quan trọng đối với nền công nghiệp luyện kim và đối với đất nước. 1.2 Đặc điểm công nghệ và phụ tải 1.2.1 Đặc điểm công nghệ: Đây là nhà máy được đầu tư để sản xuất ra nguyên liệu gang thép và tôn với quy trình công nghệ hiện đại với qui mô lớn . Nhà máy gồm 7 phân xưởng chính Phân xưởng luyện gang Phân xưởng lò máctin Phân xưởng cán nóng Phân xưởng cán nguội Phân xưởng tôn Phân xưởng cán phôi tấm Phân xưởng trạm bơm Ngoài ra còn có hai phân xưởng phụ là Phân xưởng sửa chữa cơ khí Ban quản lý và phòng thí nghiệm Mặt bằng của nhà máy như sơ đồ như hình 1.1
Hình 1.1. Mặt bằng nhà máy luyện kim đen 1.2.2 Đặc điểm phụ tải Nhà máy làm việc 3 ca Phụ tải điện trong xí nghiệp công nghiệp được chia thành: - Phụ tải động lực :là phụ tải 3 pha loại 0,38 kV và 3 kV có chế độ làm việc dài hạn, điện áp 3 pha cung cấp trực tiếp cho tải với sai số (U=±5%Uđm.Công suất của các thiết bị là khá lớn. -Phụ tải chiếu sáng thường là phụ tải 1 pha có công suất nhỏ. Chủ yếu được dùng cho văn phòng và phòng thiết kế,cấp điện cho hệ thống chiếu sáng. Phụ tải của các phân xưởng được cho như bảng 1.1 Số trờn mặt bằng  Tên phân xưởng  Công suất đặt(KW)  Diện tớch(m2)        1  Phân xưởng luyện gang (phụ tải 3kV là 3200kW)  8200 (0,65)  2975   2  Phân xưởng lũ mỏc tin  3500 (0,8)  2800   3  Phân xưởng máy cán phụi tấm  2000 (0,3)  1050   4  Phân xưởng cán nóng(phụ tải 3 v là 2500 kW)  7500 (0,3)  4325   5  Phân xưởng cán nguội  4500 (0,3)  1125   6  Phân xưởng tôn  2500 (0,4)  3750   7  Phân xưởng sửa chữa cơ khí  Theo tớnh toỏn  875   8  Trạm bơm ( Phụ tải 3 V là 2100kW)  3200 (0,8)  600   9  Ban quản lý và phũng thớ nghiệm  320 (0,75)  1950   10  Chiếu sáng phân xưởng  Xác định theo diện tích   Bảng 1.1. Phụ tải của nhà máy luyện kim đen Phụ tải của phân xưởng sửa chứa cơ khí như bảng 1.2 Số th tự  Tên máy  Số lợng  Công suất đặt ( kW)    Bộ phận máy          1  Máy cưa kiểu đai  1  1,0   2  Bàn  2    3  Khoan bàn  1  0,65   4  Mỏy ộp tay  1    5  Mỏy mài thụ  1  2,8   6  Máy khoan đứng  1  2,8   7  Mỏy bào ngang  1  4,5   8  Mỏy xọc  1  2,8   9  Mỏy mài trũn vạn năng  1  2,8   10  Máy phay răng  1  4,5   11  Máy phay vạn năng  1  7,8   12  Mỏy tiện ren  1  8,1   13  Mỏy tiện ren  1  10,0   14  Mỏy tiện ren  1  14,0   15  Mỏy tiện ren  1  4,5   16  Mỏy tiện ren  1  10,0   17  Mỏy tiện ren  1  20,0    Bộ phận lắp ráp          18  Máy khoan đứng  1  0,85   19  Cầu trục  1  24,2   20  Bàn lắp rỏp  1    21  Bàn  1  0,85   22  Mỏy khoan bàn  1  0,85   23  Máy để cân bằng tĩnh  1    24  Bàn  1    25  Mỏy ộp tay  1    26  Bể dầu có tăng nhiệt  1  2,5   27  Mỏy cạo  1  1,0   28  Bể ngâm nước nóng  1    29  Bể ngõm natri hidroxit  1    30  Mỏy mài thụ  1  2,8    Bộ phận hàn hơi          31  Mỏy nộn cắt liờn hợp  1  1,7   32  Bàn để hàn  1    33  Mỏy mài phỏ  1  2,8   34  Quạt lũ rốn  1  1,5   35  Lũ trũn  1    36  Mỏy ộp tay  1    37  Bàn  1    38  Máy khoan đứng  1  0,85   39  Bàn nắn  1    40  Bàn dỏnh dấu  1     Bộ phận sửa chữa điện          41  Bể ngõm dung dịch kiềm  1  3,0   42  Bể ngâm nước núng  1  3,0   43  Bàn  1    44  Dao cắt vật liệu cách điện  1    45  Mỏy ộp tay  1    46  Mỏy cuốn dõy  1  1,2   47  Mỏy cuốn dõy  1  1,0   48  Bể ngâm tẩm có tăng nhiệt  1  3,0   49  Tủ xấy  1  3,0   50  Mỏy khoan bàn  1  0,65   51  Máy để cân bằng tĩnh  1    52  Mỏy mài thụ  1  2,8   53  Bàn thử nghiệm thiết bị điện  1  7,0    Bộ phận đúc đổng          54  Dao cắt có tay đũn  1    55  Bể khử dầu mỡ  1  3,0   56  Lũ điện để luyện khuôn  1  5,0   57  Lũ điện để nấu chảybabit  1  10,0   58  Lũ điện để mạ thiếc  1  3,5   59  Đá lát để đổ babit  1    60  Quạt lũ đúc đồng  1  1,5   61  Bàn  1    62  Mỏy khoan bàn  1  0,65   63  Bàn nắn  1    64  Mỏy uốn cỏc tấm mỏng  1  1,7   65  Mỏy mài phỏ  1  2,8   66  Máy hàn điểm  1  25,0    Buồng nạp điện          67  Tủ để nạp ác quy  1    68  Giá đỡ thiết bị  1    69  CHỉnh lưu sêlênium  1  0,6   70  Bàn  1    Bảng 1.2 Phụ tải phân xưởng sửa chữa cơ khí 1.2.3 Phân loại phụ tải Đây là nhà máy lớn tầm cỡ khu vực và có tầm quan trọng nên được xếp vào phụ tải loại 1. Do vậy phải đảm bảo cung cấp điện cho nhà máy một cách liên tục, tức phải cấp điện cho nhà máy bằng đường dây lộ kép . Trong các phân xưởng của nhà máy thì các phân xưởng quan trọng thì được xếp vào phụ tải loại 1 và được cấp điện bằng đường dây lộ kép và có hai máy biến áp. Đó là các phân xưởng -Phân xưởng luyện gang (1) -Phân xưởng lò máctin (2) -Phân xưởng cán nóng (4) -Phân xưởng cán nguội (5) -Phụ tải 3 kV của Trạm bơm (81) Các phân xưởng còn lại -Phân xưởng cán phôi tấm -Phân xưởng tôn Hình 1.2. Sơ đồ mặt bằng xưởng sửa chữa cơ khí -Phân xưởng sửa chữa cơ khí -Phụ tải 0,38 kV của Trạm bơm (82) -Ban quản lý và phòng thí nghiêm (9) là phụ tải loại 2 vì vậy không cần độ tin cậy cấp điện cao do đó cung cấp điện bằng đường cáp một mạch và một máy biến áp. 1.3 Nội dung tính toán thiết kế. 1. Xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng và của toàn nhà máy. 2. Thiết kế mạng điện cao áp cho toàn nhà máy : * Chọn số lượng,dung lượng và vị trí đặt các trạm biến áp phân xưởng . * Chọn số lượng,dung lượng và vị trí đặt các trạm biến áp trung gian(trạm biến áp xí nghiệp ) hoặc trạm phân phối trung tâm. *Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy . 3. Thiết kế mạng điện hạ áp cho phân xưởng sửa chữa cơ khí. 4. Tính toán bù công suất phản kháng cho hệ thống cung cấp điện của nhà máy . 5. Thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng sửa chữa cơ khí. Chương 2 xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng và của toàn nhà máy 2.1.Giới thiệu chung về phụ tải tính toán Phụ tải tính toán là một số liệu rất cơ bản dùng để thiết kế cung cấp điện. Phụ tải tính toán là phụ tải đẳng trị với phụ tải thực tế về phương diện hiệu ứng nhiệt. Tức là nó cũng làm nóng dây dẫn lên tới nhiệt độ bằng nhiệt độ lớn nhất do phụ tải thực tế gây ra. Khi biết phụ tải tính toán thì ta có thể chọn thiết bị điện đảm bảo an toàn về mặt phát nóng cho các thiết bị đó trong mọi trạng thái vận hành Có rất nhiều cách tính phụ tải tính toán và mỗi phương pháp có những ưu điểm nhất định, và tuỳ vào các trường hợp phụ tải cụ thể ta lựa chọn các phương pháp tính phụ tải tính toán cho phù hợp. 2.1.1. Xác định phụ tải tính toán (PTTT) theo công suất đặt và hệ số nhu cầu. P tt = Knc .Pđ Knc - Là hệ số nhu cầu, tra trong sổ tay kỹ thuật Pđ - Là công suất đặt của thiết bị hoặc nhóm thiết bị, coi Pđ = Pđm 2.1.2. Xác định PTTT theo hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải và công suất trung bình. Ptt = Khd.Ptb Khd - Là hệ số hình dáng của đồ thị, tra sổ tay kỹ thuật Ptb - Là công suất trung bình của thiết bị hoặc nhóm thiết bị Ptb=
=
2.1.3. Xác định PTTT theo công suất trung bình và hệ số cực đại. Ptt = Kmax.Ptb = Kmax.Ksd.Ptb   Ptb- Công suất trung bình của thiết bị hoặc nhóm thiết bị   Kmax - Hệ số cực đại, tra sổ tay kỹ thuật theo   Kmax = f(nhq, Ksd)   Ksd- Là hệ số sử dụng   nhq- Là số thiết bị dùng điện hiệu quả   2.1.4.Xác định PTTT theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm Ptt = a*M/Tmax
a- Là suất chi phí điện năng cho một đơn vị sản phẩm, KWh/1đvsp   M - Là số sản phẩm sản xuất trong một năm   Tmax- Là thời gian sử dụng công suất lớn nhất, (h)   Trình tự xác định nhq như sau -Xác định n1 : số thiết bị có công suất lớn hơn hay bằng một nửa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất . -Xác định P1 : Công suất của n1 thiết bị trên -Xác định n-Tổng số thiết bị của nhóm P( -Tổng công suất của nhóm Từ n* và P* tra bảng được nhq* Xác định nhq=n.nhq* Tra bảng xác định Kmax Nếu nhq <4 phụ tải tính toán được xác định như sau kti : hệ số quá tải. Nếu không biết chính xác có thể lấy như sau kt=0,9 với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn kt=0,75 với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại 2.1.5. Xác định PTTT theo suất trang bị điện trên đơn vị diện tích Ptt = P0*F P0- suất trang bị điện trên một đơn vị diện tích F- diện tích bố trí thiết bị 2.2.Xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng và của toàn nhà máy 2.2.1.Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí Phụ tải điện của phân xưởng bao gồm phụ tải chiếu sáng và phụ tải động lực chủ yếu là các máy cắt gọt kim loại. Căn cứ vào vị trí lắp đặt vào tính chất và chế độ làm việc của các thiết bị có thể chia chúng làm 4 nhóm như được ghi trong bảng 2.1 Phụ tải tính toán của các nhóm được tính theo số thiết bị hiệu quả Để cho việc tính toán được đơn giản ở đây lấy chung các hệ số sử dụng ksd=0,16 . hệ số công suất cos(=0,6 và tg(=1,33 cho tất cả các nhóm máy. 2.2.1.1.Tính phụ tải tính toán cho nhóm I Tổng số thiết bị của nhóm là n=10 Tổng công suất đặt của nhóm là (PIđ=25,25 kW, Thiết bị có công suất đặt lớn nhất là Pđmax=7 kW Thiết bị có công suất đặt bé nhất là Pđmin=0,6kW Số thiết bị có công suất không nhỏ hơn một nửa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất là n1=1 Tổng công suất ứng với n1 thiết bị là P1=7 kW Ta có Tra đường cong nhq*=f(n*,P*) ta được nhq*=0,7 Số thiết bị điện có hiệu quả nhq=nhq*.n=0,7.10=7 Tra bảng hoặc đường cong kmax=f(ksd,nhq) ta tìm được kmax=2,48 Phụ tải tính toán của nhóm được tính theo công thức PItt=kmax.ksd. (PIđ=2,48.0,16.25,25=10,02 kW QItt= PItt .tg( =10,02.1,33=13,32 kVAr
Dòng điện tính toán Dòng điện đỉnh nhọn (dùng để chọn dây chảy cho cầu chì ) 2.2.1.2.Xác định công suất tính toán các nhóm còn lại việc xác định công suất tính toán của các nhóm còn lại được thực hiện như đối với nhóm I và được tổng kết trong bảng 2.1 2.2.1.3.Xác định công suất tính toán dành cho chiếu sáng Xác định công suất tính toán của phân xưởng được thực hiện theo phương pháp suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất Pttcs=po.F Trong đó p0 là suất chiếu sáng của phân xưởng (p0=12 W/ m2 ) F : diện tích phân xưởng xác đinh theo bản vẽ mặt bằng (F= 875 m2) Pttcs=12.35=10,5 kW 2.2.1.4.Công suất tính toán của toàn phân xưởng Công suất tính toán của toàn phân xưởng tính theo công thức
(2.1)
(2.2)
(2.3) Trong đó có tính đến sự làm việc đồng thời giữa các nhóm máy trong phân xưởng kdt=0,8. Phụ tải chiếu sáng chỉ có công suất tác dụng nên Qttcs=0. Thay số ta được


Dòng điện tính toán phân xưởng 2.2.2.Xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng khác Phụ tải tính toán của các phân xưởng khác được tính toán theo hệ số nhu cầu
Trong đó knc- Hệ số nhu cầu của phân xưởng Pđ - Tổng công suất đặt của phân xưởng Pttdl – Tổng công suất tính toán động lực của phân xưởng Phụ tải tính toán cũng được tính theo phương pháp công suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích Pttcs=po.F Tên nhóm  Tên thiết bị  Ký hiệu trên mặt bằng  Số lượng  Công suất đặt của một thiết bị,kW  Idm ,A  n1  p1  nhq  kmax  Ptt , kW  Qtt, kVAr  Stt, kVA  Itt , A  Idn ,A   1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14    I  Bể ngâm dung dịch kiềm  41  1  3,0  7,74             Bể ngâm nước nóng  42  1  3,0  7,74             Máy cuốn dây  46  1  1,2  3,10             Máy mài thô  52  1  2,8  7,22             Bàn thử nghiệm thiết bị điện  53  1  7,0  18,06             Máy cuốn dây  47  1  1,0  2,58             Bể ngâm tấm có tăng nhiệt  48  1  3,0  7,74             Tủ xấy  49  1  3,0  7,74             Máy khoan bàn  50  1  0,65  1,68             Chỉnh lưu sêlênium  69  1  0,6  1,55             Tổng   10  25,25  65,15  1  7,0  7  2,48  10,02  13,32  16,7  25,4  155,45   II  Bể khử dầu mỡ  55  1  3,0  7,74             Lò điện để luyện khuôn  56  1  5,0  12,9             Lò điện để nấu chảy babit  57  1  10,0  25,8             Lò điện để mạ thiếc  58  1  3,5  9,03             Quạt lò đúc đồng  60  1  1,5  3,87             Máy khoan bàn  62  1  0,65  1,68             Máy uốn các tấm mỏng  64  1  1,7  4,38             Máy mài phá  65  1  2,8  7,22             Máy hàn điểm  66  1  25,0  64,5             Tổng   9  53,15  137,12  1  25  3  -  47,83  63,61  79,71  121,26  459,62                   III  Máy mài tròn vạn năng  9  1  2,8  7,22             Máy phay răng  10  1  4,5  11,61             Máy phay vạn năng  11  1  7,8  20,12             Máy tiện ren  14  1  14,0  36,12             Máy tiện ren  15  1  4,5  11,61             Máy tiện ren  16  1  10,0  25,8             Máy tiện ren  17  1  20,0  51,6             Máy khoan đứng  18  1  0,85  2,19             Tổng   8  64,45  166,27  3  44  5,48  1,75  18,05  24,00  30,07  45,69  424,27   IV  Máy cưa kiểu đai  1  1  1,0  2,58             Khoan bàn  3  1  0,65  1,68             Máy mài thô  5  1  2,8  7,22             Máy khoan đứng  6  1  2,8  7,22             Máy bào ngang  7  1  4,5  11,61             Máy xọc  8  1  2,8  7,22             Máy tiện ren  13  1  10,0  25,8             Máy tiện ren  12  1  8,1  20,9             Máy mài thô  30  1  2,8  7,22             Tổng   9  35,45  91,45  2  18,1  5,5  2,75  15,6  20,74  26,00  39,54  220,45   V  Cầu trục  19  1  24,2  62,43             Bàn  21  1  0,85  2,19             Máy khoan bàn  22  1  0,85  2,19             Bể dầu có tăng nhiệt  26  1  2,5  6,45             Máy cạo  27  1  1,0  2,58             Máy nén cắt liên hợp  31  1  1,7  4,38             Máy mài phá  33  1  2,8  7,22