THIẾT kế cấp điện CHO PHÂN XƯỞNG sửa CHỮA cơ KHÍ

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
---------------------------------------

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
ĐỀ TÀI SỐ 23: THIẾT KẾ CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG SỬA
CHỮA CƠ KHÍ

CBHD:

Phạm Trung Hiếu

Hà Nội – Năm 2022


LỜI NÓI ĐẦU
Điện năng là nguồn năng lượng được sử dụng rộng rãi nhất trong tất cả
các ngành kinh tế quốc dân nói chung và nhất là trong ngành Cơng nghiệp nói
riêng. Đóng một vai trị quan trọng trong cơng cuộc cơng nghiệp hóa, hiện đại
hóa đất nước.
Nước ta đang từng bước xây dựng một nền kinh tế công nghiệp hiện
đại, do vậy nhu cầu điện ngày càng tăng. Việc xây dựng một hệ thống điện
lưới quốc gia chất lượng, an toàn, tiết kiệm và hiệu quả là một yếu tố tiên
quyết.
Muốn làm được điều này thì hệ thống cấp điện cho từng đối tượng nhỏ
nhất cũng phải được thiết kế chi tiết, cụ thể, đạt chuẩn và hiện đại.
Do đó, nhóm chúng em đã chọn đề tài “Thiết kế hệ thống cấp điện cho
phân xưởng sửa chữa cơ khí”, một đề tài rất gẫn gũi với thực tế. Qua đề tài
này giúp chúng em làm quen với các hệ thống cấp điện, các tiêu chuẩn về
thiết kế, an toàn điện cũng như rèn luyện các kỹ năng tính tốn, lựa chọn các
thiết bị điện, nâng cao kỹ năng làm việc nhóm. Sử dụng các kiến thức đã học

để thiết kế cơ bản được một hệ thống cấp điện chi tiết.
Với sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy Phạm Trung Hiếu cùng các thầy cô
trong trường đến nay bản đồ án mơn học của chúng em đã hồn thành. Em
kính mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cơ để đồ án của chúng em
hồn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 28 tháng 4
năm 2022


TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Ngơ Hồng Quang, Giáo trình cung cấp điện, Nhà xuất bản giáo dục Việt
Nam, 2013.
[2]. Ngô Hồng Quang, Sổ tay lựa chọn và tra cứu các thiết bị điện từ 0,4500kV, NXB khoa học và kỹ thuật, 2002
[3]. Ngơ Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm, Giáo trình thiết kế cấp điện, Nhà xuất
bản Giáo dục Việt Nam, 2009
[4]. Giáo trình Vật liệu và an tồn điện, Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội.
[5]. Giáo trình Cung cấp điện, Đại Học Công Nghiệp Hà Nội.
[6]. PGS.TS Quyền Huy Ánh, Giáo trình Cung cấp điện, ĐH Sư Phạm Kỹ
Thuật
[7]. Và một số tài liệu tham khảo thông số của trang wed: www.cadivi-vn.com


Mục lục


5

I.Thuyết minh
1.Tính tốn phụ tải điện

1.1.Phụ tải thơng thống làm mát , chiếu sáng
• Trong xưởng sửa chữa cơ khí cần phải có hệ thống thơng thống, làm mát
nhằm giảm nhiệt độ trong phân xưởng do trong quá trình sản xuất các thiết bị
động lực, chiếu sáng và nhiệt độ cơ thể người toả ra sẽ gây tăng nhiệt độ
phòng. Nếu khơng được trang bị hệ thống thơng thống, làm mát sẽ gây ảnh
hưởng đến năng suất lao động, sản phẩm, trang thiết bị, ảnh hưởng đến sức
khoẻ công nhân làm việc trong phân xưởng.
Với mặt bằng phân xưởng là 864m2, ta trang bị 24 quạt trần (mỗi quạt
120W) và 8 quạt hút (mỗi quạt 80W);lấy hệ số công suất trung bình của nhóm
1.
Tổng cơng suất thơng thống và làm mát:
Plm = 24.120 + 8.80 = 3520W

• Trong thiết kế chiếu sáng, vấn đề quan trọng là đáp ứng yêu cầu về độ rọi và
hiệu quả của chiếu sáng đối với thị giác. Ngoài độ rọi, hiệu quả của chiếu
sáng cịn phụ thuộc vào quang thơng, màu sắc ánh sáng, sự lựa chọn hợp lý
các chao chóp đèn, sự bố trí chiếu sáng vừa đảm bảo tính kinh tế kỹ thuật và
mỹ quan. Thiết kế chiếu sáng phải đảm bảo các u cầu sau:
+ Khơng bị lố
+ Khơng có bóng tối
+ Phải có độ rọi đồng đều
+ Phải tạo được ánh sáng giống ánh sáng ban ngày
Tổng công suất chiếu sáng:

Pcs = P0 .a.b = 15.24.36.10−3 = 12,96kW

Phân bố đèn: ta chọn 20 bộ đèn LED phân bố theo diện tích phân xưởng
thành 4 hàng và 5 cột như sau:

6

Hình 1.1. Sơ đồ phân bố đèn trong phân xưởng
1.2. Phụ tải động lực: Phân nhóm thiết bị, xác định phụ tải từng nhóm ,
tổng hợp phụ tải động lực
Phân nhóm các phụ tải như sau:
Nhóm 1:
Tên thiết bị

Số hiệu

Ksd

Cos φ

P

Máy mài nhẵn trịn

1

0,35

0,67

6

Máy mài nhẵn phẳng

2

0,32

0,68

3

Máy tiện bu lơng

3

0,3

0,65

1,6

Máy mài nhẵn tròn

8

0,35

0,67

24

Máy mài nhẵn phẳng

9

0,32

0,68

9


7

May khoan

10

0,27

0,66

1,6

Máy khoan

11

0,27

0,66

2,4

Máy ép

17

0,41

0,63

26

Cẩn trục

18

0,25

0,67

9

Máy khoan

19

0,27

0,66

1,6

Máy khoan

20

0,27

0,66

1,6

Máy ép nguội

22

0,47

0,7

60

Lị gió

27

0,53

0,9

8

Tổng

153,8

Nhóm 2:
Tên thiết bị

Số hiệu

Ksd

Cos φ

P

Máy tiện bu lông

4

0,3

0,65

4,4

Máy tiện bu lông

5

0,3

0,65

9

Máy phay

6

0,26

0,56

3

Máy phay

7

0,26

0,56

5,6


8

Máy tiện bu lông

12

0,3

0,58

3

Máy tiện bu lông

13

0,3

0,58

5,6

Máy tiện bu lông

14

0,3

0,58

6

Máy tiện bu lông

15

0,3

0,58

6

Máy tiện bu lông

16

0,3

0,58

11

Máy ép nguội

23

0,47

0,7

90

Máy tiện bu lơng

24

0,3

0,58

20

Máy tiện bu lơng

25

0,3

0,58

20

Máy mài

26

0,45

0,63

5,6

Tổng

189,2

Nhóm 3:
Tên thiết bị

Số hiệu

Ksd

Cos φ

P

Máy khoan

29

0,27

0,66

26

Máy khoan

30

0,27

0,66

44


9

Máy xọc, (đục)

32

0,4

0,6

2,4

Máy ép quay

28

0,45

0,58

3

Máy ép quay

34

0,45

0,58

8

Máy tiện bu lông

35

0,32

0,55

60

Máy tiện bu lơng

36

0,32

0,55

4,4

Máy tiện bu lơng

37

0,32

0,55

5,6

Cẩn trục

21

0,25

0,67

9

Tổng

162,4

Nhóm 4:
Tên thiết bị

Số hiệu

Ksd

Cos φ

P

Lị gió

31

0,53

0,9

11

Máy xọc, (đục)

33

0,4

0,6

11

Máy tiện bu lơng

38

0,32

0,55

11

Máy mài

39

0,45

0,63

9


10

Máy hàn

40

0,46

0,82

60

Máy quạt

41

0,65

0,78

9

Máy quạt

42

0,65

0,78

11

Máy hàn

43

0,46

0,82

56

Máy cắt tôn

44

0,27

0,57

5,6

Máy quạt

45

0,65

0,78

15

Tổng

198,6

Xác định phụ tải từng nhóm
Vì ta đã biết chính xác mặt bằng bố trí thiết bị, cơng suất và các giá trị cần
thiết khác nên ta sử dụng phương pháp xác định phụ tải theo cơng st trung
bình và hệ số cực đại để tính PTTT cho phân xưởng. Theo phương pháp này
thị PTTT được xác định như sau :
Với nhóm động cơ n ≥ 4

n

∑
Ptt = kmax . ksd .

i

Pđmi

Trong đó :
Pđmi : công suất định mức của thiết bị


11
ksd :hệ số sử dụng của nhóm thiết bị. tra sổ tay
n: Số thiết bị trong nhóm.
kmax: Hệ số cực đại, tra trong sổ tay kĩ thuật theo quan hệ:
kmax = f(nhq, ksd)
nhq: Số thiết bị dùng điện hiệu quả.
Tính nhq
+ Xác định n1 : số thiết bị có cơng suất lớn hay bằng một nửa cơng suất thiết
bị có công suất lớn nhất.
+ Xác định P1 : Tổng công suất của n1 thiết bị trên
+ Xác định

n* =

n1
n

P* =

P1
PΣ

Trong đó :
n : tổng số thiết bị trong nhóm
P∑ : tổng cơng suất mỗi nhóm ,
+

Từ n* và P* tra bảng ta được nhp*

+ Khi nhq ≥ 4
→ Tra bảng với nhq và ksd được kmax
+ Khi nhq < 4


12
→ Phụ tải tính tốn được xác định theo cơng thức

n

∑(
Ptt =

i

kti. Pdmi )

Trong đó:
- kti : hệ số tải của thiết bị
+ Phụ tải động lực phản kháng
Qtt = Ptt . tgφ
Tính tốn cho nhóm 1:
Tổng số thiết bị : n = 13

Tổng số công suất : p = 153,8 kW
Thiết bị có cơng suất lớn nhất là :
p = 60 kW

Những thiết bị có cơng suất có thiết bị khơng nhỏ hơn
bị
có cơng suất lớn nhất là :
n1 = 1; p1 = 60 kW

→

n* =

n1
n

= = 0,08

1
2

công suất của thiết


13

p* =

p1
p

= = 0,39

+ Từ giá trị n* và P* suy ra : nhq* = 0,41
→

nhq = nhq* . n = 0,41 . 13 = 5,33

Ksdtb =
Ksdtb = 0,4
Từ nhq và Ksd ta tính được Kmax
Kmax=1+1.3 = 1,49
⇒

Ptt = Kmax . Ksd . P = 1,49. 0,47. 60 = 42,02 kW

cos
cos

ϕ
tb

=

tb

= 0,69

ϕ

+Ta có cos

ϕ
tb

Qtt = Ptt . tg

Stt =

Ptt
cos ϕ

ϕ

=

= 0,69

⇒

tg

3.Udm

= 1,05

= 42,02.1,05=44,121 KVAr

= 60,89 KVA

Stt

Itt =

ϕ

= = 92,51 A

Tính tốn cho nhóm 2:


14
Tổng số thiết bị : n = 13
Tổng số công suất : p = 189,2 kW
Thiết bị có cơng suất lớn nhất là :
p = 90 kW

Những thiết bị có cơng suất có thiết bị khơng nhỏ hơn
bị
có cơng suất lớn nhất là :
n1 = 1; p1 = 90 kW

→

n* =

p* =

p1
p

n1
n

= = 0,08

= = 0,47

+ Từ giá trị n* và P* suy ra : nhq* = 0,31
→

nhq = nhq* . n = 0,31 . 13 = 4,03

Ksdtb =
Ksdtb = 0,39
Từ nhq và Ksd ta tính được Kmax
Kmax=1+1.3 = 1,54

1
2

cơng suất của thiết


15
⇒

Ptt = Kmax . Ksd . P = 1,54. 0,47. 90 = 65,142 kW

cos

cos

ϕ
tb

=

tb

= 0,64

ϕ

+Ta có cos

ϕ
tb

Qtt = Ptt . tg

Stt =

Ptt
cos ϕ

ϕ

=

= 0,64

⇒

tg

ϕ

= 1,2

= 65,142.1,2=78,1704 KVAr

= 122,14 KVA

Stt

Itt =

3.Udm

= = 185,57 A

Tính tốn cho nhóm 3:
Tổng số thiết bị : n = 9
Tổng số công suất : p = 162,4 kW
Thiết bị có cơng suất lớn nhất là :
p = 60 kW

Những thiết bị có cơng suất có thiết bị khơng nhỏ hơn
bị
có cơng suất lớn nhất là :

n1 = 1; p1 = 60 kW

1
2

công suất của thiết


16

→

n* =

p* =

n1
n

p1
p

= = 0,11

= = 0,37

+ Từ giá trị n* và P* suy ra : nhq* = 0,56
→

nhq = nhq* . n = 0,56 . 9 = 5,04

Ksdtb =
Ksdtb = 0,39
Từ nhq và Ksd ta tính được Kmax
Kmax=1+1.3 = 1,51
⇒

Ptt = Kmax . Ksd . P = 1,51. 0,45. 60 = 40,77 kW

cos
cos

ϕ
tb

=

tb

= 0,59

ϕ

+Ta có cos

ϕ
tb

Qtt = Ptt . tg

Stt =

Ptt
cos ϕ

ϕ

=

= 0,59

⇒

tg

ϕ

= 1,35

= 40,77.1,35= 55,04 KVAr

= 69,1 KVA


17
Stt

Itt =

3.Udm

= = 104,98 A

Tính tốn cho nhóm 4:
Tổng số thiết bị : n = 10
Tổng số công suất : p = 198,6 kW
Thiết bị có cơng suất lớn nhất là :
p = 60 kW

Những thiết bị có cơng suất có thiết bị khơng nhỏ hơn
bị
có cơng suất lớn nhất là :
n1 = 1; p1 = 60 kW

→

n* =

p* =

p1
p

n1
n

= = 0,1

= = 0,31

+ Từ giá trị n* và P* suy ra : nhq* = 0,63
→

nhq = nhq* . n = 0,63 . 10 = 6,3

Ksdtb =
Ksdtb = 0,48

1
2

công suất của thiết


18
Từ nhq và Ksd ta tính được Kmax
Kmax=1+1.3 = 1,42
⇒

Ptt = Kmax . Ksd . P = 1,42. 0,46. 60 = 39,192 kW

cos
cos

ϕ
tb

=

tb

= 0,77

ϕ

+Ta có cos

ϕ
tb

Qtt = Ptt . tg

Stt =

Ptt
cos ϕ

ϕ

=

= 0,77

⇒

tg

ϕ

= 0,82

= 39,192.0,82 = 32,14 KVAr

= 50,89 KVA

Stt

Itt =

3.Udm

= = 77,33 A

Phụ tải

Ksdni Cosφni

Ptt

Qtt

Stt

Itt

Nhóm 1

0,4

0,69

42,02

44,121

60,89

92,51

Nhóm 2

0,39

0,64

65,142

78,17

122,14

185,57

Nhóm 3

0,39

0,59

40,77

55,04

69,1

104,98

Nhóm 4

0,48

0,77

39,192

32,14

50,89

77,33


19

Phụ tải tổng hợp của nhóm động lực được tổng hợp theo phương pháp hệ
số nhu cầu (phương pháp tổng hợp áp dụng cho các nhóm phụ tải có tính chất
tương đồng).
Hệ số sử dụng của 4 nhóm động lực là:
ksd =
Lấy

nhq

=4

1 − k sd ∑
knc = ksd∑ +

n hq

= 0,42 + = 0,71

Trong đó:
- nhq: số lượng hiệu quả của nhóm đơng lực, lấy bằng số nhóm động lực = 4
.
Tổng cơng suất tác dụng của nhóm động lực là :
Pđl = knc.∑P = 0,71.187.124= 132,86 (kW)
Hệ số cos trung bình của nhóm là :

cos

ϕ tb

=

Nên cơng suất biểu kiến của nhóm động lực là :
Sđl= (kVA)
Và cơng suất phản kháng của các phụ tải động lực là :
Qđl = Sđ1.=. 151,22 (kVAr)

20
1.3. Tổng hợp phụ tải của tồn phân xưởng
Ta có bảng tổng hợp sau:
TT

Phụ tải

P, kW

cosφ

1

Động lực

202,36

0,7

2

Chiếu sáng

12,96

1

3

Thơng thống, làm mát

3,52

1

Tổng cơng suất tính tốn tồn phân xưởng:
∑P = 202,36+ 12,96+ 3,52= 218,84 (kW)
Hệ số công suất tổng hợp:
cos∑ = = 0,72
Công suất biểu kiến:
Công suất phản kháng:
2.Xác định sơ đồ cấp điện của phân xưởng
2.1.Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng
Vị trí của trạm biến áp có ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh
tế kĩ thuật của mạng điện. Nếu vị trí của trạm biến áp đặt q xa phụ
tải thì có thể dẫn đến chất lượng điện áp bị giảm, làm tổn thất điện
năng. Nếu phụ tải phân tán, thì việc đặt các trạm biến áp gần chúng có
thể dẫn đến số lượng trạm biến áp tăng, chi phí cho đường dây cung
cấp lớn và như vậy hiệu quả kinh tế sẽ giảm.


21
Vị trí trạm biến áp thường được đặt ở liền kề, bên ngồi hoặc ở bên
trong phân xưởng.
Vị trí của trạm biến áp cần phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản sau :
- An toàn và liên tục cấp điện.
- Gần trung tâm phụ tải, thuận tiện cho nguồn cung cấp đi tới.
- Thao tác, vận hành, quản lý dễ dàng.
- Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành nhỏ.

- Bảo đảm các điều kiện khác như cảnh quan mơi trường, có khả
năng điều chỉnh cải tạo thích hợp, đáp ứng được khi khẩn cấp...
- Tổng tổn thất công suất trên các đường dây là nhỏ nhất.
Căn cứ vào sơ đồ bố trí các thiết bị trong phân xưởng thấy rằng các phụ
tải được bố trí với mật độ cao trong nhà xưởng nên không thể bố trí máy biến
áp trong nhà . Vì vậy nên đặt máy phía ngồi nhà xưởng ngay sát tường như
minh hoạ dưới đây. Khi xây dựng ngoài như thế cần chú ý đến điều kiện mỹ
quan. Ta có thể đặt trạm biến áp như sau:

2.2.Các phương án cấp điện cho phân xưởng
2.2.1.Các phương án chọn lắp đặt máy biến áp
Ta xét 2 phương án sau:
¬

Phương án 1: Trạm có 2 máy biến áp


22
¬

Phương án 2: Trạm có 1 máy biến
áp

¬

Phương án 3: Trạm có 1 máy biến áp và 1 máy phát dự
phịng

Phương án 1: Trạm có 2 máy biến pá làm việc song song.
Công suất máy biến áp phải thỏa mãn điều kiện: 2Sba ≥ St =

Vì vậy ta chọn 2 máy biến áp 160KVA do ABB chế tạo
Bảng 2.1.Thông số kĩ thuật máy biến áp

Sđm(kVA) Uđm(kV)

160

P0(W)
khơng tải

22/0,4

500

Pn(W)

Un(%)

Có tải

Điện áp
ngắn
mạch

2950

4

Dịng điện
khơng tải

I0(%)

1,5

Tổn thất 2 máy biến áp là (tính tốn sơ bộ )
∆Pb = ∆PN . (= 3,56 (kW)
∆Qb = =6,33(Kvar)
∆Ab = 14371,92 KWh
với Tmax của xưởng cơ khí chọn =5000h ta tính được tơ=3411,n= 2
Giả sử khi có sự cố thì một máy biến áp ngừng hoạt động máy biến áp
còn lại phải thỏa mãn:
kqt . Sđm ≥ Ssc
Ở đây ta có 1,4 .160 =224 ≥ 210,93 (thỏa mãn )
Phương án 2 : Trạm biến áp có 1 máy biến áp.


23
Công suất MBA được lựa chọn thỏa mãn điều kiện:
Sba ≥ St =
Vì vậy ta chọn máy biến áp 250KVA do ABB chế tạo
Bảng 2.2 : Thông số kĩ thuật máy biến áp

Sđm(kVA) Uđm(kV)

250

P0(W)

Pn(W)

Un(%)

khơng tải

Có tải

Điện áp
ngắn
mạch

640

4100

4

22/0,4

Dịng điện
khơng tải
I0(%)

1,5

Tổn thất máy biến áp là (tính tốn sơ bộ )
∆Pb =∆PN . (= 3,62 (kW)
∆Qb = =11,76(Kvar)
∆Ab = 16262,49 KWh với Tmax của xưởng cơ khí chọn =5000h
Phương án 3: Trạm có 1 máy biến áp và 1 máy phát dự phịng.
Tương tự như chọn trạm có 1 máy biến áp nhưng cần thêm máy phát để đề

phong khi sự cố mất điện.
2.2.2 Các phương án cấp điện.
Mạng điện phân xưởng thường có các dạng sơ đồ chính sau đây:
- Sơ đồ hình tia: Mạng cáp các thiết bị được dùng điện được cung cấp
trực tiếp từ các tử động lực (TĐL) hoặc từ các tủ phân phối (TPP) bằng
các đường cáp độc lập. Kiểu sơ đồnày có độ tin cậy CCĐ cao, nhưng
chi phí đầu tư lớn, thường được dùng ở các hộ loại I và loại II.


24
TPP

TÐL

TÐL

TÐL

Hình 2.3. Sơ đồ hình tia.
- Sơ đồ liên thơng: Các TĐL được cấp điện từ TPP bằng các đường cáp
TPP

TÐL

TÐL

TÐL

TÐL

TÐL

chính.
Hình 2.4. Sơ đồ liên thơng
Ngồi ra cịn có nhiều các sơ đồ khác như sơ đồ mạch vịng kín, sơ đồ dẫn
sâu, sơ đồ mạch vịng kín vận hành hở…
a. Chọn sơ bộ phương án.
Với phân xưởng nên áp dụng sơ đồ hình tia vì các thiết bị khá tập trung.
Các phương án được nêu chi tiết dưới đây.
Phương án 1: Đặt tủ phân phối tại trung tâm phụ tải và từ đó kéo cáp đến
từng tủ động lực.
Phương án 2: Đặt tủ phân phối tại góc xưởng và kéo đường cáp đến tủ
động lực.
Phương án 3: Đặt tủ phân phối tại trung tâm phủ tải và các tủ động lực
sát cạnh tường phân xưởng
b. Tính tốn chọn phương án tối ưu.


25
Chọn dây dẫn từ nguồn tới trạm biến áp của phân xưởng
+ Chọn cáp đồng và dây làm 2 lộ để đảm bảo độ tin cậy cấp điện.
+ Dòng điện chạy trên đường dây khi phụ tải lớn nhất:
Ilvmax= = = 3,99 A
Tiết diện cáp cao áp chọn theo mật độ kinh tế dòng điện. Đối với cáp
đồng 3 pha và lấy, ta tra được
cung cấp điện ĐHCNHN).

J kt = 3,1 (A/mm 2 )

(Bảng Phụ Lục 4 giáo trình

Ta có tiết diện kinh tế của dây dẫn bằng:
F = = = 1,29 mm2
 Kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn: Isc ≤ k1k2Icp
Thay số vào ta thấy:
k1k2Icp= 0,9.1.520 = 468A
Isc=2.Ilv = 2.3,99 = 7,98 A
Vì Isc=7,98 A<151,78A nên dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng.
∆U =

( P.ro + Q.xo ) L
.
U dm
2

(V).

∆U = . = 0,15 V <5%.22 kV
+ Tổn thất điện áp lớn nhất lúc sự cố: một dây bị đứt, lúc này tổn thất gấp đôi
∆U=0,30 V< 10%.22 kV
Vậy dây dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện về tổn thất điện áp.
∆A =

+ Tổn thất điện năng:

P2 + Q2
L
.r0 . .τ
2
U dm

2

(kWh).