Đồ án Thiết kế HTCCĐ cho nhà máy luyện kim đen

trường đhbk hà nội thiết kế môn học bộ môn hệ thống điện hệ thống cung cấp điện Tên đề tài thiết kế: Thiết kế HTCCĐ cho nhà máy luyện kim đen Sinh viên thiết kế : Cán bộ hướng dẫn : PGS-TS Đặng Quốc Thống Nhiệm vụ thiết kế: Mở đầu. 1.1.Giới thiệu chung về nhà máy: Vị trí địa lý, kinh tế. Đặc điểm công nghệ. Đặc điểm và phân bố phụ tải. Phân loại phụ tải. 1.2.Nội dung tính toán thiết kế; Các tài liệu tham khảo. Xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng và toàn nhà máy. Thiết kế mạng điện hạ áp cho phân xưởng sửa chữa cơ khí. Thiết kế mạng điện cao áp cho toàn nhà máy. 4.1.Chọn số lượng , dung lượng và vị trí đặt các trạm biến áp phân xưởng. 4.2. 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. 4.3.Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy. Tính bù công suất phản kháng cho HTCCĐ của nhà máy. Thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng sửa chữa cơ khí. Các bản vẽ trên khổ giấy A0: Sơ đồ nguyên lý mạng điện phân xưởng sửa chữa cơ khí. Sơ đồ nguyên lý HTCCĐ toàn nhà máy. Các số liệu về nguồn điện và nhà máy: Điện áp: Tự chọn theo công suất của nhà máy và khoảng cách từ nguồn đến nhà máy. Công suất của nguồn điện: vô cùng lớn. Dung lượng ngắn mạch về phía hạ áp của trạm biến áp khu vực:250 (MVA). Đường dây cung cấp điện cho nhà máy dùng loại dây AC. Khoảng cách từ nguồn đến nhà máy: 15 km. Nhà máy làm việc 3 ca. Lời nói đầu Trong công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá, ngành công nghiệp nước ta ngày một khởi sắc và đóng góp một phần rất to lớn trong nền kinh tế quốc dân. Các nhà máy xí nghiệp không ngừng mọc lên ở khắp mọi nơi, tạo ra nhiều việc làm cho người dân cũng như của cải cho đất nước. Một phần không thể thiếu được của tất cả các công trình đó là các hệ thống cung cấp điện. Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, ngành công nghiệp điện cũng đã và đang trở thành một phần không thể thiếu trong hệ thống các ngành công nghiệp ở Việt Nam nói riêng và toàn thế giới nói chung. Tất cả các lĩnh vực của đời sống đều cần đến điện năng. Khi xây dựng một khu dân cư, một khu công nghiệp hay là một nhà máy mới thì điều đầu tiên phải tính đến là xây dựng một hệ thống cung cấp điện để phục vụ cho nhu cầu sản xuất và sinh hoạt cho khu vực đó. Bản thiết kế môn học cung cấp điện xí nghiệp công nghiệp nhằm mục đích giúp sinh viên biết vận dụng những kiến thức đã học vào việc thực hiện một nhiệm vụ cụ thể. Nhiệm vụ thiết kế môn học tuy không lớn nhưng đòi hỏi sinh viên phải có tương đối đầy đủ kiến thức tổng hợp. Trong quá trình học môn Hệ thống cung cấp điện, em đã được nhận đồ án môn học “Thiết kế cấp điện cho nhà máy luyện kim đen”. Đây là bước đầu tập dượt giúp em có một số kinh nghiệm khi thiết kế tốt nghiệp cũng như công tác sau này. Để hoàn thành bản thiết kế, bên cạnh sự cố gắng của bản thân, không thể không kể đến sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầy Đặng Quốc Thống. Tuy nhiên, trong quá trình thiết kế, do kiến thức thực tế còn hạn chế nên bản đồ án vẫn còn những thiếu sót. Vì vậy em mong nhận được sự nhận xét và góp ý của thầy cô và các bạn để bản thiết kế của em được hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo hướng dẫn trực tiếp là thầy Đặng Quốc Thống đã giúp đỡ em hoàn thành bản thiết kế đồ án môn học này. Mục lục Chương 1: Mở đầu Giới thiệu chung về nhà máy Nội dung tính toán thiết kế. Chương 2: Xác định phụ tải tính toán 2.1. Các phương pháp xác định phụ tải tính toán. Phương pháp xác định PTTT theo công suất đặt và hệ số nhu cầu. Phương pháp xác định PTTT theo hệ số hình dáng và công suất trung bình. Phương pháp xác định PTTT theo công suất trung bình và độ lệch của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình. Phương pháp xác định PTTT theo công suất trung bình và hệ số cực đại. Phương pháp xác định PTTT theo suất chi phí điện năng cho 1 đơn vị sản phẩm. Phương pháp xác định PTTT theo suất trang bị điện theo 1 đơn vị diện tích. Xác định PTTT trực tiếp. 2.2. Trình tự xác định PTTT theo công suất trung bình và hệ số cực đại. 2.2.1. Phân nhóm phụ tải. 2.2.2. Tính toán phụ tải cho từng nhóm. 2.2.3. Tính toán phụ tải chiếu sáng cho phân xưởng sửa chữa cơ khí. 2.2.4. Xác định PTTT cho toàn phân xưởng. 2.3. Xác định PTTT cho các phân xưởng còn lại. 2.3.1. Phương pháp xác định PTTT theo công suất đặt và hệ số nhu cầu. 2.3.2. Xác định PTTT của các phân xưởng còn lại. 2.3.3. Phụ tải tính toán cho nhà máy. 2.4. Xác định tâm phụ tải điện và vẽ biểu đồ phụ tải. Xác định tâm phụ tải điện. Biểu đồ phụ tải điện. Chương 3: Thiết kế mạng điện cao áp của nhà máy. 3.1. Đặt vấn đề. 3.2. Vạch các phương án cung cấp điện. 3.2.1. Phương án về các TBA phân xưởng. 3.2.2. Xác định vị trí đặt các trạm biến áp phân xưởng. 3.2.3. Phương án cung cấp điện cho các TBA phân xưởng. 3.3. Tính toán kinh tế kỹ thuật lựa chọn phương án hợp lý. 3.3.1. Phương án 1. 3.3.2. Phương án 2. 3.3.3. Phương án 3. 3.3.4. Phương án 4. 3.4. Thiết kế chi tiết cho phương án được chọn. 3.4.1. Chọn dây dẫn từ TBA khu vực về trạm PPTT. 3.4.2. Tính toán ngắn mạch và lựa chọn các thiết bị điện. 3.4.3. Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị điện. Chương 4: Thiết kế mạng điện hạ áp cho phân xưởng sửa chữa cơ khí. 4.1. Lựa chọn các thiết bị cho tủ phân phối. 4.1.1. Chọn cáp từ trạm TBA B5 về tủ phân phối của phân xưởng. 4.1.2. Chọn attomat cho tủ phân phối. 4.1.3. Chọn cáp từ tủ phân phối đến các tủ động động lực. 4.2. Tính toán ngắn mạch phía hạ áp của phân xưởng sửa chữa cơ khí để kiểm tra cáp và attomat. 4.2.1. Các thông số của sơ đồ thay thế. 4.2.2. Tính toán ngắn mạch và kiểm tra các thiết bị đã chọn. Lựa chọn thiết bị trong các tủ động lực và dây dẫn đến các thiết bị của phân xưởng. Chương 5: Tính bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất. 5.1. Đặt vấn đề. 5.2. Chọn thiết bị bù. 5.3. Xác định và phân bố dung lượng bù. 5.3.1. Dung lượng bù toàn xí nghiệp. 5.3.2. Phân bố dung lượng bù cho các TBA phân xưởng. Chương 6: Thiết kế chiếu sáng chung của phân xưởng xửa chữa cơ khí. 6.1. Đặt vấn đề. 6.2. Lựa chọn số lượng và công suất hệ thống đèn chiếu sáng chung. 6.3. Thiết kế mạng điện chiếu sáng. Chương I: Mở đầu Giới thiệu chung về nhà máy: Nhà máy luyện kim đen được xây dựng trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên với quy mô lớn gồm 9 phân xưởng và nhà làm việc.Đó là các phân xưởng: PX luyện gang, PX lò Mactin, PX máy cán phôi tấm, PX cán nóng, PX cán nguội, PX tôn, PX sửa chữa cơ khí, trạm bơm, ban quản lý và phòng thí nghiệm. Do đặc điểm của công nghệ luyện kim là thải nhiều khí bụi nên các nhà máy luyện kim hầu hết đều được xây dựng ở xa thành phố,khu tập trung đông dân cư. Luyện kim là một ngành công nghiệp quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, cung cấp nguyên vật liệu cho các ngành khác như: cơ khí chế tạo, giao thông, xây dựng ...Kinh tế càng phát triển thì nhu cầu về kim loại đen càng tăng cao vì sản lượng gang thép tính theo đầu người là một trong những chỉ tiêu chủ yếu để dánh giá tiềm lực kinh tế của đất nước.Do tầm quan trọng của nhà máy ta xếp nhà máy vào hộ tiêu thụ loại I, cần được đảm bảo cung cấp điện an toàn và liên tục. Nhà máy làm việc theo chế độ 3 ca, thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax=5500 h, các thiết bị làm việc với công suất tải gần định mức. Các phân xưởng Luyện gang và Cán luôn đòi hỏi nhiều điện năng hơn cả. Các phân xưởng này đều là hộ loại I. Phân xưởng sửa chữa cơ khí và ban quản lý và phòng thiết kế đều là hộ tiêu thụ loại III. Theo dự kiến của ngành điện, nhà máy sẽ được cấp điện tuqf trạm biến áp trung gian cách nhà máy 15 km bằng đường dây trên không lộ kép, dung lượng ngắn mạch về phía hạ áp của trạm trung gian là SN=250 MVA. Nội dung tính toán thiết kế: Bảng 1.1:Danh sách phân xưởng và nhà làm việc trong nhà máy Số trên mặt bằng  Tên phân xưởng  Công suất đặt (KW)  Diện tích(m2)   1  Phân xưởng luyện gang (phụ tải 3KVlà 3200KW)  8200  7437   2  Phân xưởng lò Mactin  3500  6000   3  Phân xưởng máy cán phôi tấm  2000  2625   4  Phân xưởng cán nóng(phụ tải 3KVlà 2500KW)  7500  10812   5  Phân xưởng cán nguội  4500  2812   6  Phân xưởng tôn  2500  9375   7  Phân xưởng sửa chữa cơ khí  Theo tính toán  1875   8  Trạm bơm(phụ tải 3KVlà 2100KW)  3200  1500   9  Ban quản lý và phòng thí nghiệm  320  4500   10  Chiếu sáng phân xưởng  Xđ theo diện tích    Bảng1.2: Danh sách thiết bị của phân xưởng sửa chữa cơ khí TT  Tên thiết bị  Số lượng  Nhãn hiệu  Công suất(KW)       1 máy  Toàn bộ   Bộ Phận Dụng Cụ   1  Máy tiện ren  4  IK625  10,0  40,0   2  Máy tiện ren  4  IK620  10,0  40,0   3  Máy doa toạ độ  1  2450  4,5  4,5   4  Máy doa ngang  1  2614  4,5  4,5   5  Máy phay vạn năng  2  6H82  7,0  14,0   6  Máy phay ngang  1  6H84(  4,5  4,5   7  Máy phay chép hình  1  6H( K(  5,62  5,62   8  Máy phay đứng  2  6H12  7,0  14,0   9  Máy phay chép hình  1  642  1,7  1,7   10  Máy phay chép hình  1  6461  0,6  0,6   11  Máy phay chép hình  1  64616  3,0  3,0   12  Máy bào ngang  2  7M36  7,0  14,0   13  Máy bào giường một trụ  1  MC38  10,0  10,0   14  Máy xọc  2  7M430  7,0  14,0   15  Máy khoan hướng tâm  1  2A55  4,5  4,5   16  Máy khoan đứng  1  2A125  4,5  4,5   17  Máy mài tròn  1  36151  7,0  7,0   18  Máy mài tròn vạn năng  1  312M  2,8  2,8   19  Máy mài phẳng có trục đứng  1  373  10,0  10,0   20  Máy mài phẳng có trục nằm  1  371M  2,8  2,8   21  Máy ép thuỷ lực  1  (O-53  4,5  4,5   22  Máy khoan để bàn  1  HC-12A  0,65  0,65   23  Máy mài sắc  2  -  2,8  5,6   24  Máy ép tay kiểu vít  1  -  -  -   25  Bàn thợ nguội  10  -  -  -   26  Máy giũa  1  -  1,0  1,0   27  Máy mài sắc các dao cắt gọt  1  3A625  2,8  2,8   Bộ phận sửa chữa cơ khí và điện   28  Máy tiện ren  2  IA62  7,0  14,0   29  Máy tiện ren  2  I616  4,5  9   30  Máy tiện ren  2  IE6IM  3,2  6,4   31  Máy tiện ren  2  I (63A  10,0  20,0   32  Máy khoan đứng  1  2A125  2,8  2,8   33  Máy khoan đứng  1  2A150  7,0  7,0   34  Máy phay vạn năng  1  6H81  4,5  4,5   35  Máy bào ngang  1  7A35  5,8  5,8   36  Máy mài tròn vạn năng  1  3130  2,8  2,8   37  Máy mài phẳng  1  -  4,0  4,0   38  Máy cưa  1  872A  2,8  2,8   39  Máy mài hai phía  1  -  2,8  2,8   40  Máy khoan bàn  1  HC-12A  0,65  0,65   41  Máy ép tay  1  P-4T  -  -   42  Bàn thợ nguội  8   -  -   Mặt bằng nhà máy

Chương 2: Xác định phụ tải tính toán 2.1. Các phương pháp xác định phụ tải tính toán: 2.1.1. Phương pháp xác định PTTT theo công suất đặt và hệ số nhu cầu: Ptt = knc.Pđ Trong đó: Knc : hệ số nhu cầu của thiết bị, tra trong sổ tay kỹ thuật Đối với nhóm thiết bị:
Khi của các thiết bị sai khác nhau không nhiều thì cho phép xác định:
Pđ : công suất đặt của thiết bị hoặc nhóm thiết bị, trong tính toán có thể xem gần đúng Pđ ( Pdđ [KW]. Phương pháp này khá đơn giản, khối lượng tính toán ít song kết quả thiếu tin cậy nên thường chỉ dùng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ. 2.1.2. Phương pháp xác định PTTT theo hệ số hình dáng và công suất trung bình: Ptt = khd. Pđ khd: Hệ số hình dáng, tra trong sổ tay kỹ thuật.
Phương pháp này ít dùng khi thiết kế bởi trong giai đoạn này ta chưa biết chính xác đồ thị phụ tải. 2.1.3. Phương pháp xác định PTTT theo công suất trung bình và độ lệch của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình: Ptt = Ptb ( (.( Trong đó: Ptt: Công suất trung bình của thiết bị hoặc nhóm thiết bị. ( : Độ lệch của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình. ( : Hệ số tán xạ của (. Phương pháp này cũng ít dùng trong thiết kế quy hoạch bởi chưa biết rõ đồ thị phụ tải. 2.1.4. Phương pháp xác định PTTT theo công suất trung bình và hệ số cực đại: Ptt = kmax.Ptb = kmax.ksd.Pdđ Trong đó: Ptb : Công suất trung bình của thiết bị hoặc nhóm thiết bị. kmax : Hệ số cực đại, tra trong sổ tay kỹ thuật theo quan hệ: Kmax = f(nhq, Ksd) ksd : Hệ số sử dụng, tra trong sổ tay kỹ thuật. nhq : Số thiết bị dùng điện hiệu quả. Số thiết bị dùng điện hiệu quả là số thiết bị có cùng công suất, cùng chế độ làm việc gây ra một hiệu quả phát nhiệt hoặc mức độ huỷ hoại cách điện, đúng bằng số thiết bị thực tế (có thể có công suất và chế độ làm việc khác nhau) đã gây ra trong quá trình làm việc.
Tuy nhiên biểu thức không thuận tiện. Quy định khi n>4 cho phép dùng các phương pháp gần đúng để xác định nhq với sai số trong khoảng
Khi thì
Pdđmax và Pdđmin là công suất của thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm và công suất của thiết bị có công suất nhỏ nhất trong nhóm. Chú ý: Nếu trong n thiết bị có n1 thiết bị mà tổng công suất của nó không lớn hơn 5% công suất cả nhóm thì: nhq = n- n1 Khi thì
Khi không áp dụng được hai trường hợp trên:
Việc tiến hành xác định theo các bước sau: Tính n và n1 n : Tổng số thiết bị có trong nhóm n1 : Số thiết bị có công suất không nhỏ hơn 1/2 công suất của thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm Tính
Tính
Tra bảng tìm
Tính
Đây là phương pháp rất hay dùng trong thực tế để xác định phụ tải tính toán cho các xí nghiệp công nghiệp bởi khối lượng tính toán không quá lớn song kết quả tính toán có thể tin cậy được. Trong 1 số trường hợp cụ thể còn có thể dùng các công thức gần đúng sau: Nếu:
thì PTTT được tính theo công thức:
Nếu:
thì PTTT được tính theo công thức:
Trong đó: kti: Hệ số phụ tải của thiết bị thứ i. Nếu không có số liệu chính xác, hệ số phụ tải có thể lấy gần đúng như sau: kti = 0,9 đối với thiết bị làm việc ổ chế độ dài hạn. kti = 0,75 đối với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. Nếu
thì PTTT được tính theo công thức
Đối với các thiết bị có phụ tải bằng phẳng(các máy bơm, quạt, nén khí…)phụ tải tính toán có thể lấy bằng phụ tải trung bình:
Nếu trong mạng điện có thiết bị một pha cần phải phân phối đều các thiết bị cho ba pha của mạng.Trước khi xác định phải quy đổi công suất của các phụ tải một pha về phụ tải ba pha tương đương. Nếu thiết bị một pha đấu vào điện áp pha:
Nếu thiết bị một pha đấu vào điện áp dây:
Nếu trong nhóm có thiết bị tiêu thụ điện làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại thì phải quy đổi về chế độ dài hạn trước khi xác định
theo công thức:
Trong đó
là hệ số đóng điện tương đối phần trăm, cho trong lý lịch máy. 2.1.5. Xác định PTTT theo suất chi phí điện năng cho một đơn vị sản phẩm:
a0: Suất chi phí điện năng cho 1 đơn vị sản phẩm, xác định qua thiết kế hoặc tra sổ tay. M: Số sản phẩm sản xuất ra trong 1 năm. Tmax: Thời gian sử dụng công suất lớn nhất. Nếu M là số sản phẩm sản xuất ra trong ca mang tải lớn nhất thì Tmax=8h Đây là phương pháp hay được dùng để xác định PTTT của các nhà máy xí nghiệp có chủng loại sản phẩm ít, sản xuất tương đối ổn định như: NM dệt, NM sợi, trạm bơm, tạm nén khí, hệ thống thông gió… 2.1.6. Xác định PTTT theo suất trang bị điện theo 1 đơn vị diện tích :
p0: Tra trong sổ tay kỹ thuật hoặc tự điều tra. F : Diện tích bố trí thiết bị. Đây là phương pháp hay dùng để xác định PTTT của các nhà máy, xí nghiệp có phụ tải tương đối đều như NM sợi, NM may, …, xác định phụ tải tính toán của các công trình dân dụng như trường học, nhà ở, công sở, bảo vệ, và đặc biệt rất hay được dùng để xác định PTTT chiếu sáng. 2.1.7. Xác định PTTT trực tiếp: Phương pháp tính trực tiếp là phương pháp sử dụng trong hai trường hợp: *Phụ tải không nhiều song lại đa dạng nên với mỗi mảng phụ tải cần điều tra thống kê và lựa chọn một phương pháp tính toán thích hợp.Trên cơ sở đó sẽ xác định được PTTT của khu vực được thiết kế có tính đến hệ số đồng thời. *Phụ tải khá lớn song tương đối giống nhau có thể tiến hành điều tra tính toán cho 1 đơn vị phụ tải rồi suy ra PTTT của toàn bộ khu vực kinh tế. 2.2. Trình tự xác định PTTT theo công suất trung bình và hệ số cực đại: 2.2.1. Phân nhóm phụ tải: Trong một phân xưởng thường có nhiều thiết bị có công suất và chế độ làm việc rất khác nhau, muốn xác định phụ tải tính toán được chính xác thì cần phải phân nhóm thiết bị điện. Việc phân nhóm thiết bị điện cần phải tuân theo những nguyên tắc sau: Các thiết bị trong cùng một nhóm nên để gần nhau để giảm chiềudài đường dây hạ áp nhờ vậy có thể tiết kiệm được vốn đầu tư và tổn thất trên các đường dây hạ áp trong phân xưởng. Chế độ làm việc của các thiết bị trong cùng một nhóm nên giống nhau để việc xác định PTTT được chính xác hơn và thuận lợi hơn cho việc lựa chọn phương thức cung cấp điện cho nhóm. Tổng công suất của các nhóm nên xấp xỉ nhau dể giảm chủng loại tủ động lực cần dùng trong phân xưởng và toàn nhà máy. Số thiết bị trong cùng một nhóm cũng không nên quá nhiều bởi số đầu vào ra của các tủ động lực thường nằm trong khoảng từ 8 đến 12 đường. Tuy nhiên thường rất khó thoả mãn cùng một lúc cả ba nguyên tắc trên,do đó người thiết kế cần bố trí lựa chon cách phân nhóm sao cho hợp lý nhất. Hơn nữa ngày nay các tủ động lực thường được chế tạo theo đơn đặt hàng, số đường vào ra cũng như công suất của tủ cũng ít bị hạn chế hơn. Chính vì vậy, trong bản thiết kế này chúng ta chỉ cần thoả mãn nguyên tắc 1, có nghĩa là các thiết bị trong cùng một nhóm nên để gần nhau để giảm tối đa tổn thất trên đường dây. Dựa theo nguyên tắc này, đối với phân xưởng sửa chữa cơ khí, ta tiến hành phân nhóm các thiết bị như sau: Bảng 2.1 : Bảng tổng kết phân nhóm TT  Tên thiết bị  Số lượng  Nhãn hiệu  Công suất (KW)  Iđm       1 máy  Toàn bộ    1  Máy tiện ren  4  IK625  10,0  40,0    2  Máy tiện ren  4  IK620  10,0  40,0    3  Máy doa toạ độ  1  2450  4,5  4,5    4  Máy doa ngang  1  2614  4,5  4,5    Tổng nhóm 1  10    89,0    1  Máy phay vạn năng  2  6H82  7,0  14,0    2  Máy phay ngang  1  6H84(  4,5  4,5    3  Máy phay chép hình  1  6H(K(  5,62  5,62    4  Máy phay đứng  2  6H12  7,0  14,0    5  Máy phay chép hình  1  642  1,7  1,7    6  Máy phay chép hình  1  6461  0,6  0,6    7  Máy phay chép hình  1  64616  3,0  3,0    Tổng nhóm 2  9    47,0    1  Máy bào ngang  2  7M36  7,0  14,0    2  Máy bào giường một trụ  1  MC38