Đồ án Thiết kế cung cấp điện cho nhà máy luyện kim đen

Thiết kế cung cấp điện cho nhà máy luyện kim đen Chương I Giới thiệu chung về nhà máy 1. Loại ngành nghề, quy mô và năng lực của xí nghiệp 1.1. Loại ngành nghề: Ngày nay, nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân cũng được nâng cao nhanh chóng. Trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước thì các loại hình doanh nghiệp Nhà nước nói chung và nhà máy luyện kim đen nói riêng là những mục tiêu hàng đầu trong việc sản xuất ra sản phẩm và phát triển nền kinh tế quốc dân. Để thực hiện tốt nhiệm vụ sản xuất chiến lược của mình, không những chỉ đòi hỏi về tính chất công nghệ mà còn yêu cầu đảm bảo chất lượng và độ tin cậy cao trong lĩnh vực cung cấp điện cho nhà máy. 1.2. Quy mô, năng lực của xí nghiệp: - Xí nghiệp có tổng diện tích là 37800m2 nhà xưởng, bao gồm 9 phân xưởng, được xây dựng tập trung tương đối gần nhau, với tổng công suất dự kiến phát triển sau 5 năm sau là 18,6MVA - Dự kiến trong tương lai xí nghiệp sẽ được mở rộng và được thay thế, lắp đặt các thiết bị máy móc hiện đại hơn. Đứng về mặt cung cấp điện thì việc thiết kế cấp điện phải đảm bảo sự gia tăng phụ tải trong tương lai về mặt kỹ thuật và kinh tế, phải đề ra phương pháp cấp điện sao cho không gây quá tải sau vài năm sản xuất và cũng không để quá dư thừa dung lượng mà sau nhiều năm xí nghiệp vẫn không khai thác hết dung lượng công suất dự trữ dẫn đến lãng phí. Giới thiệu phụ tải điện của toàn xí nghiệp. Các đặc điểm của phụ tải điện. + Phụ tải điện trong xí nghiệp công nghiệp có thể phân ra làm hai loại phụ tải,đó là Phụ tải động lực và phụ tải chiếu sáng. - Phụ tải động lực thường có chế độ làm việc dài hạn, điện áp yêu cầu trực tiếp đến thiết bị với độ lệch điện áp cho phép (UCf = ( 5% Uđm. Công suất của chúng nằm trong dải từ một đến hàng chục kw, và được cấp bởi tần số f=50Hz. - Phụ tải chiếu sáng thường là phụ tải một pha, công suất không lớn. Phụ tải chiếu sáng bằng phẳng, ít thay đổi và thường dùng dòng điện tần số f = 50Hz. Độ lệch điện áp trong mạng điện chiếu sáng (UCf = (2,5% 2.2 Các yêu cầu về cung cấp điện của nhà máy. Các yêu cầu cung cấp điện phải dựa vào phạm vi và mức độ quan trọng của các thiết bị để từ đó vạch ra phương thức cấp điện cho từng thiết cị cũng như cho các phân xưởng trong xí nhiệp, đánh giá tổng thể toàn nhà máy ta thấy tỷ lệ (%) của phụ tải loại II là70%. Phụ tải loại II lớn >2 lần phụ tải loại III, do đó xí nghiệp được đánh giá là hộ phụ tải loại II, vì vậy yêu cầu cung cấp điện phải được đảm bảo liên tục. 3. nội dung chủ yếu - Sau đây là những nội dung chính mà bản thiết kế sẽ đề cập đến: + Thiết kế mạng điện phân xưởng. + Thiết kế mạng điện xí nghiệp. + Tính toán công suất bù cho xí nghiệp. + Tính toán nối đất cho các trạm biến áp phân xưởng. + Thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng sửa chữa cơ khí. Chương II xác định phụ tải tính toán các phân xưởng và toàn xí nghiệp. 1. Xác định phụ tải tính toán cho phân xưởng sửa chữa cơ khí. 1.1. Phân loại và phân nhóm phụ tải trong phân xưởng sửa chữa cơ khí - Các thiết bị đều làm việc ở chế độ dài hạn. - Để phân nhóm phụ tải ta dựa theo nguyên tắc sau : + Các thiết bị trong nhóm nên có cùng một chế độ làm việc + Các thiết bị trong nhóm nên gần nhau, tránh trồng chéo dây dẫn + Công suất thiết bị trong nhóm cũng nên cân đối để khỏi quá chênh lệch giữa các nhóm + Số lượng thiết bị trong nhóm nên có một giới hạn Căn cứ vào vị trí, công suất của các máy công cụ bố trí trên mặt bằng xưởng ta chia ra làm 5 nhóm thiết bị (phụ tải ) như sau : + Nhóm 1: 1; 2; 3; 4; 6; 11; 17; + Nhóm 2 : 3; 5; 8; 9; 13; 34; + Nhóm 3 : 12; 20; 21; 23; 24; 25; 26; 37; + Nhóm 4: 18; 19; 22; 28; 31; 33; 44; + Nhóm 5 : 40; 41; 42; 46; 47; 48; 49; 50; Bảng 2-1: Bảng công suất đặt tổng của các nhóm. Nhóm phụ tải  1  2  3  4  5   Công suất tổng (kw)  98,25  119,3  137,2  146,65  91,7   1.2 . Xác định phụ tải động lực tính toán của phân xưởng. a. Các phương pháp xác định phụ tải tính toán: 1. Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu: Công thức tính: Một cách gần đúng có thể lấy Pđ = Pđm Khi đó Trong đó : Pđi , Pđmi: Công suất đặt và công suất định mức của thiết bị thứ i (KW) Ptt , Qtt , Stt : Công suất tác dụng, phản kháng và toàn phần tính toán của nhóm thiết bị (KW, KVAR, KVA) n : Số thiết bị trong nhóm Knc : Hệ số nhu cầu của nhóm hộ tiêu thụ đặc trưng tra trong các tài liệu tra cứu. Phương pháp tính phụ tải tính toán theo hệ số nhu cầu có ưu điểm là đơn giản, thuận tiện. Nhược điểm chủ yếu của phương pháp này là kém chính xác. Bởi vì hệ số nhu cầu Knc tra được trong sổ tay là một số liệu cố định cho trước, không phụ thuộc vào chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm máy.: 2. Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên 1 đơn vị diện tích sản xuất: Công thức tính: Ptt= Po. F (2-5) Trong đó : Po : Suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất (W/m2) F : Diện tích sản xuất (m2) Giá trị Po tra được trong các sổ tay Phương pháp này chỉ cho kết quả gần đúng khi có phụ tải phân bố đồng đều trên diện tích sản xuất, nên nó thường được dùng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, thiết kế chiếu sáng. 3. Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số cực đại ( còn goi là phương pháp số thiết bị hiệu quả Nhq ) : Công thức tính : Ptt= Kmax.Ptb =Kmax. Ksd . Pđm (2- 6) Trong đó : Ptb Công suất trung bình của phụ tải trong cả mạng tải lớn nhất Pđm Công suất định mức của phụ tải Ksd Hệ số sử dụng công suất của phụ tải Kmax Hệ số cực đại công suất tác dụng với khoảng thời gian trung bình hoá T =30 phút Phương pháp này thường được dùng để tính toán phụ tải tính toán cho một nhóm thiết bị ,cho các tủ động lực cho toàn bộ phân xưởng. Nó cho một kết quả khá chính xácnhưng lại đòi hỏi một lượng thông tin khá đầy đủ về các loại phụ tải như : chế độ làm việccủa từng phụ tải, công suất đặt của từng phụ tải , số lượng thiết bị trong nhóm. 4. Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và độ lệch trung bình bình phương: Công thức tính: Trong đó: Ptb : Phụ tải trung bình của đồ thị nhóm đồ thị ( : Bộ số thể hiện mức tán xạ (tb : Độ lệch của đồ thị nhóm phụ tải Phương pháp nàythường được dùng để tính toán phụ tải cho các thiết bị của phân xưởng hoạc của toàn bộ nhà máy. Tuy nhiên phương pháp này ít được dùngtrong tính toán thiết kế mớivì nó đòi hỏi khá nhiều thông tin về phụ tải mà chỉ phù hợp với hệ thống đang vận hành . 5. Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số hình dáng: Công thức tính : Ptt = Khd. Ptb (2- 8) Qtt = Khdq . Qtb hoặc Qtt =Ptt .tg ( (2- 9) Trong đó : Khd ,Khdq : Hệ sô hình dáng của đồ thị phụ tải tra trong sổ tay Ptb ,Qtb: phụ tải tác dụng và phản kháng trung bình trong ca mạng tải lớn nhất Phương này có thể áp dụng để tính phụ tải tính toán ở thanh cái từ phân phối phân xưởng hoặc thanh cái hạ áp của trạm biên áp phân xưởng .Phương pháp này ít được dùng trong tính toán thiết kế mới vì nó yêu cầu có đồ thị của nhóm phụ tải. 6. Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị sản phẩm và tổng sản lượng : Công thức tính:
(2-10) Ptt = Kmax .Ptb (2-11) Trong đó : ao -Suất chi phí điện cho một đơn vị sản phẩm (KWh/1đv) M – Tổng sản phẩm sản xuất ra trong khoảng thời gian khảo sát ( 1 ca , 1năm) Ptb - Phụ tải trung bình của nhà máy Kmax - Hệ số cực đại công suất tác dụng . Phương pháp này thường chỉ được sử dụng để ước tính , sơ bộ xác định phụ tải trong công tác quy hoạch hoặc dùng để quy hoạch nguồn cho xí nghiệp. 7. Xác định phụ tải đỉnh nhọn của nhóm thiết bị : Theo phương pháp này thì phụ tải đỉnh nhọn của nhóm thiết bị sẽ xuất hiện khi thiết bị có dòng khởi động lớn nhất mở máy còn các thiết bị khác trong nhóm đang làm việc bình thường và được tính theo công thức sau: Iđn= Ikđ(max) + (Itt - ksd.Idm(max)) (2-12) Trong đó: Ikd(max)- Dòng khởi động của thiết bị có dòng khởi động lớn nhất trong nhóm máy. Itt - Dòng điện tính toán của nhóm máy. Idm(max) - Dòng định mức của thiết bị đang khởi động. ksd - Hệ số sử dụng của thiết bị đang khởi động. Vì đã có thông tin chính xác về mặt bằng bố trí máy móc thiết bị, biết được công suất và quá trình công nghệ của từng thiết bị, nên ta xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số cực đại . b. Xác định phụ tải tính toán của nhóm 1 Bảng 2-2: Bảng số liệu nhóm 1. TT  Tên thiết bị  Số lượng  Kí hiệu  Công suất (kw)   1  Búa hơi để rèn  2  1  10,0 (2   2  Búa hơi để rèn  2  2  28,0 (2   3  Lò rèn  1  3  4,5   4  Lò rèn  1  4  6   5  Quạt thông gió  1  6  2,5   6  Dầm treo có Palăng điện  1  11  4,85   7  Máy biến áp  2  17  2,2 (2   Công thức tính phụ tải tính toán: Ptt =Kmax . Ptb = Kmax . ( Ksdi . Pđmi. ( 2-1) Trong đó: + Ptb : công suất trung bình của phụ tải trong ca mang tải lớn nhất (kw) + Pđm : công suất định mức của phụ tải (kw) + Ksd : hệ số sử dụng công suất của nhóm thiết bị. (Bảng phụ lục 1 trang 253 TKCĐ). + Kmax: hệ số cực đại công suất tác dụng, tra đồ thị hoặc tra bảng theo hai đại lượng Ksd và nhq . + nhq : số thiết bị dùng điện hiệu quả - Ta thấy với nhóm máy công cụ có Ksd =0,3;từ cos(=0,57( tg( = 1,43 Trình tự xác định nhq như sau : - Xác định n1 : Với nhóm 1, ta có n1 = 2 Do trong nhóm 1 ta tính được : (Pđmi = 4,4 < 5% . Pđmn=4,67 (i = 1(2 ) (n1 = 2 V ậy nhq = n - n1 = 10 - 2 = 8 Từ Ksd = 0,3và nhq = 8tra bảng [PL: 1.6 TKCĐ] được Kmax = 1,65 vào công thức (2-1) tính được: Ptt = 1,65 . 0,3 .98,25 =48,6 (K W) Qtt = Ptt . tg( = 48,6 .1,43= 69,5 (KVAR)

Dòng đỉnh nhọn xác định theo công thức sau: Iđn= Ikđ(max) + ( Itt - Ksd . Iđm(max) =Kkđ . Iđm +
-Ksd . Iđm(max) =6. 65,45 +
- 0,3 . 65,45 =501,9 (A) Tương tự tính toán cho các nhóm khác, kết quả ghi được trong bảng B2-3. Một số công thức được dùng để tính toán: - Công thức tính hệ số sử dụng công suất tác dụng trung bình:
. (2-3) - Hệ số công suất trung bình:
(2-4) - Công thức quy đổi phụ tải 1 pha sang phụ tải 3 pha khi đấu vào điện áp dây. Pđm.tđ =
Pđm.ph.max (2-5) + Pđm.ph.max :phụ tải định mức của pha mang tải lớn nhất (kw) Bảng kết quả tính toán B2-3 ở trang sau  Bảng B2-3 Tên nhóm và thiết bị  Số lượng  Ký hiệu trên mặt bằng  Công suất đặt Pđ (Kw)  Hệ số sử dụng, Ksd 
 SốTB hiệu quả, nhq  Hệ số cực đại, Kmax  Iđm thiết bị, ( A)  Phụ tải tính toán            Ptt (Kw)  Qtt (KVAR)  Stt (KVA)  Itt (A)   1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13   Nhóm 1               Búa hơi để rèn  2  1  10,0x2  0,3  0,65/1,17    23,37 (2       Búa hơi để rèn  2  2  28 (2  0,3  0,65/1,17    65,45(2       Lò rèn  1  3  4,5  0,3  0,65/1,17    10,52       Lò rèn  1  4  6  0,3  0,65/1,17    14,02       Quạt thông gió  1  6  2,5  0,65  0,75/0,88    4,33       Dầm treo có Palăng điện  1  11  4,85  0,1  0,45/1,98    16,38       Máy biến áp  2  17  2,2 (2  0,3  0,35/2,68    9,55 (2       Cộng theo nhóm  10   98,25  0,3  0,57/1,43  8  1,65  225,61  48,6  69,5  84,8  128,84   Nhóm 2               Lò rèn  1  3  4,5      10,52       Quạt lò  1  5  2,8      5,67       Máy ép ma sát  1  8  10,0      27,62       Lò điện  1  9  15,0      25,32       Quạt ly tâm  1  13  7,0      14,2       Thiết bị cao tần  1  34  80,0      173,64       Cộng theo nhóm 1  6   119,3  0,54  0,7/1,02  5  1,57  256,97  101,1  103,2  144,5  219,5   Nhóm 3               Máy mài sắc  1  12  3,2      8,1       Lò điện  1  20  30,0      50,6       Lò điện để rèn  1  21  36,0      84,1       1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13   Lò điện  1  23  20,0      33,76       Bể dầu  1  24  4,0      8,68       Thiết bị để tôi bánh răng  1  25  18,0      42,1       Bể dầu có tăng nhiệt  1  26  3,0      11,4       Thiết bị đo bi  1  37  23,0      58,2       Cộng theo nhóm 3  8   137,2  0,46  0,73/0,94  6  1,51  296,94  95,3  89,6  130,8  198,7   Nhóm 4               Lò băng chạy điện  1  18  30,0      65,1       Lò điện hoá cứng ling kiện  1  19  90,0      210,4       Lò điện  1  22  20,0      33,76       Máy đo độ cứng đầu côn  1  28  0,6      1,52       Máy mài sắc  1  31  0,25      0,63       Cầu trục cánh có Palăng điện  1  33  1,3      4,4       Máy cưa đai  1  44  4,5      11,4       Cộng theo nhóm 4  7   146,65  0,43  0,7/1,02  3   327,2  131,99  134,62  188,53  286,44   Nhóm 5               Máy nén khí  1  40  25,0      50,64       Máy bào gỗ  1  41  6,5      16,46       Máy khoan  1  42  4,2      10,64       Máy bào gỗ  1  46  10,0      25,32       Máy cưa tròn  1  47  7,0      17,73       Quạt gió trung áp  1  48  9,0      18,23       Quạt gió số 9,5  1  49  12,0      24,3       Quạt số 14  1  50  18,0      36,46       Cộng theo nhóm 5  8   139,2  0,55  0,7/1,02  7  1,33  199,78  67,08  68,42  95,82  145,6   Tổng cộng  39   593,1      1306,5  444,07  465,34  644,45  979,08   1.3. Xác định phụ tải chiếu sáng toàn phân xưởng: Phụ tải chiếu sáng được tính theo công suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích. Công thức tính : Pcs =P0. F (2-6) Trong đó : + P0 : Suất phụ tải chiếu sáng trên đơn vị diện tích (W/m2) + F : Diện tích cần được chiếu sáng (m2) - Diện tích chiếu sáng toàn phân xưởng F = 1190 (m2) - Suất phụ tải chiếu sáng chung cho phân xưởng sửa chữa cơ khí Po =15 (W/m2) Thay vào công thức (2-6) được : Pcs =15 . 1190= 17,85 (Kw). 1.4 . Phụ tải tính toán toàn phân xưởng sửa chữa cơ khí: Công thức:
( 2-7)
Trong đó : + Kđt : hệ số đồng thời, lấy Kđt= 0,85. + n : số nhóm thiết bị. + Pcs : phụ tải chiếu sáng (kw) + P tt.nhi, Qtt.nhi : công suất tác dụng, phản kháng tính toán của nhóm thứ i. Thay các giá trị tính toán được ở trên vào công thức ( 2-7) được: Pttpx = 0,85 . 444,07 + 17,85 = 395,35(kw) Qttpx=0,85.465,34 = 395,54 (KVAR) Stt.px =
Cos(px =
Ittpx =
2. Xác định phụ tải tính toán cho các phân xưởng khác và toàn xí nghiệp. Nhà máy Luyện kim đen bao gồm 9 phân xưởng và khu vực. 2.1. Phụ tải tính toán của các phân xưởng: Phụ tải động lực: - Vì các phân xưởng khác chỉ biết công suất đặt do đó phụ tải tính toán được xác định theo phương pháp hệ số nhu cầu (knc ). Công thức tính : Pđl = knc . Pđ Qđl = Qtt = Ptt . tg(
(2-9) Trong đó : + Pđ : Công suất đặt của phân xưởng (kw) + knc : Hệ số nhu cầu của nhóm thiết bị đặc trưng (tra sổ tay kỹ thuật). + tg( : Tương ứng với cos( đặc trưng của nhóm hộ tiêu thụ. Phụ tải chiếu sáng : tính theo công thức (2-6) ở trên. a. Tính toán cho phân xưởng luyện gang Phân xưởng có công suất đặt Sđ=5000 (KVA) Diện tích S = 4725 m2 - Tra bảng phụ lục [PL 1.3: TKCĐ] knc =0,6 cos( =0,7 ; tgử = 1,02 Tra bảng phụ lục 1.7 ta được suất chiếu sáng : Po = 15 (w/m2) - Thay vào công thức (2-6 ) và (2-9) ở trên ta tính được: + Phụ tải động lực : Pđl = 0,6. 3500 = 2100 (kw) + Công thức tính toán chiếu sáng: Pcs = P0 . F = 15 . 4725 = 70,9 (kw) + Công suất tính toán tác dụng của phân xưởng: Ptt = Pđl + Pcs = 2100 + 70,9 = 2170,9 (kw) Qtt = Ptt . tg( = (Pđl + Pcs) . tg( = 2170,9 . 1,02 =2214,3 (KVAr)
(KVA) Itt =
(A) b. Tính toán tương tự cho các phân xưởng khác . Kết quả được được ghi trong bảng B 2-4: Bảng 2-4 Tên phân xưởng  Pđ, kw  Knc  cos(  tg(  F (m2)  Po w/m2  Pcs kw  Pđl kw  Ptt kw  Qtt KVAR  Stt KVA   PX. Luyện gang  3500  0,6  0,7  1,02  4725  15  70,9  2100  2170,9  2214,3  3101,3   PX. Lò Mác tin  2800  0,7  0,8  0,75  7700  15  115,5  1960  2075,5  1556,6  2594,4   PX. Máy cán phôi tấm  1300  0,6  0,65  1,17  6390  15  95,9  780  875,9  1024,8  1347,5   PX. Cán nóng  3250  0,6  0,65  1,17  4950  15  74,3  1950  2024,3  2368,4  3114,3   PX. Cán nguội  2925  0,6  0,65  1,17  4275  15  64,1  1755  1819,1  2128,3  2798,6   PX. Tôn  1500  0,3  0,6  1,33  1668  15  25,0  450  475  631,8  791,7   PX. Cơ điện  355,9  0,3  0,6  1,33  2100  15  31,5  106,7  138,3  183,9  230,5   Trạm bơm  880  0,7  0,8  0,75  4800  12  57,6  616  673,6  505,2  842,0   Ban Qlý +phòng TN  256  0,75  0,8  0,75  1190  20  23,8  192  215,8  161,9  269,7   Chiếu sáng các PX        558,6   558,6     Tổng  16746,9     37800   558,6  9909,8  10468,4  10775,2  14989,3   2.2. Xác định phụ tải tính toán của toàn nhà máy : - Phụ tải tính toán tác dụng của toàn xí nghiệp:
- Phụ tải tính toán phản kháng toàn xí nghiệp: QttXN = kđt
(KVAR) - Phụ tải tính toán toàn phần của xí nghiệp:
- Hệ số công suất của toàn xí nghiệp:
2.3. Tính sự tăng trưởng của phụ tải trong 5 năm sau: - Công thức xét đến sự gia tăng của phụ tải trong tương lai: S(t) = Stt (1 + (1t); trong 262 sách tra cứu CCĐXNCN. Trong đó: Stt - Công suất tính toán của xí nghiệp ở thời điểm hiện tại. (1 - Hệ số phát triển hàng năm của phụ tải: ((1 = 0,083 - 0,101) (trang 262 sách CCDXNCN) t - Số năm dự kiến (t = 5 năm) Vậy S(5) = 12414,1 . (1 + 0,1 . 5) = 18621,2 (KVA) ( P(5) = S(5) . Cos( = 18621,2 . 0,72 = 13407,3 (Kw) 3. Xác định biểu đồ phụ tải: - Việc phân bố hợp lý các trạm biến áp trong phạm vi xí nghiệp là một vấn đề quan trọng để xây dựng sơ đồ cung cấp điện có các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật cao, đảm bảo được chi phí hàng năm nhỏ. Để xác định được vị trí đặt các trạm biến áp ta xây dựng biểu đồ phụ tải trên mặt bằng tổng của xí nghiệp.