THIẾT kế cấp điện CHO PHÂN XƯỞNG

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

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
THIẾT KẾ CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG
SỬA CHỮA CƠ KHÍ

CBHD: Phạm Trung Hiếu

LỜI NĨI 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 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 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 em đã hồn
thành. Em kính mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cơ để đồ
án của em hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2021


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 0,4-500kV,
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


I.THUYẾT MINH......................................................................................................1
1.TÍNH TỐN PHỤ TẢI ĐIỆN................................................................................1
1.1.PHỤ TẢI THƠNG THỐNG LÀM MÁT , CHIẾU SÁNG............................1
1.2. PHỤ TẢI ĐỘNG LỰC: PHÂN NHÓM THIẾT BỊ, XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI
TỪNG NHÓM , TỔNG HỢP PHỤ TẢI ĐỘNG LỰC............................................2
1.3. TỔNG HỢP PHỤ TẢI CỦA TOÀN PHÂN XƯỞNG....................................11

2.XÁC ĐỊNH SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN CỦA PHÂN XƯỞNG.....................................12
2.1.XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ ĐẶT TRẠM BIẾN ÁP PHÂN XƯỞNG........................12
2.2.CÁC PHƯƠNG ÁN CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG.................................13
2.2.1.CÁC PHƯƠNG ÁN CHỌN LẮP ĐẶT MÁY BIẾN ÁP..............................13
2.2.2 CÁC PHƯƠNG ÁN CẤP ĐIỆN.....................................................................15
A. CHỌN SƠ BỘ PHƯƠNG ÁN............................................................................16
B. TÍNH TỐN CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU..................................................16
3. LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN.......................................30
3.3.1 TÍNH TỐN NGẮN MẠCH..........................................................................31
3.1.2 TÍNH TỐN CÁC GIÁ TRỊ ĐIỆN TRỞ CỦA CÁC PHẦN TỬ TRÊN:..32
3.2.KIỂM TRA CÁP................................................................................................35
3.3. CHỌN VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ TRUNG ÁP............................................36
3.3.1.LỰA CHỌN DAO CÁCH LY........................................................................36
3.3.2.LỰA CHỌN MÁY CẮT.................................................................................37
3.3.3.CHỌN SỨ CÁCH ĐIỆN................................................................................38


3.3.4. CHỌN CẦU TRÌ TỰ RƠI.............................................................................39
3.3.5.CHỌN CHỐNG SÉT VAN.............................................................................40
3.4. CHỌN THIẾT BỊ HẠ ÁP.................................................................................41
3.4.1.LỰA CHỌN THIẾT BỊ TỦ PHÂN PHỐI....................................................41
A. CHỌN THANH CÁI TPP..................................................................................41
B. CHỌN APTOMAT TỔNG CỦA TPP................................................................43
C. CHỌN APTOMAT NHÁNH TPP......................................................................44
3.4.2.LỰA CHỌN THIẾT BỊ TỦ ĐỘNG LỰC.....................................................46
A. CHỌN APTOMAT TỔNG CHO CÁC TỦ ĐỘNG LỰC................................46
B.CHỌN THANH CÁI TỦ ĐỘNG LỰC...............................................................47
C. CHỌN CÁC APTOMAT NHÁNH CHO CÁC TỦ ĐỘNG LỰC, BẢO VỆ
CÁC ĐỘNG CƠ.......................................................................................................48
D.CHỌN CẦU CHÌ BẢO VỆ CHO ĐỘNG CƠ...................................................53

3.5. LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG....................................................57
3.5.1.LỰA CHỌN MÁY BIẾN DỊNG...................................................................57
3.5.2. CHỌN AMPEMET VÀ VOLMET...............................................................58
3.5.3.CHỌN CƠNG TƠ ĐIỆN NĂNG...................................................................58
4.THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP...............................................................................59
4.1.TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP................................................................59
4.2.CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ XÂY DỰNG TRẠM BIẾN ÁP...............59
4.3.TÍNH TỐN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP.............................................60


5. TÍNH BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT
....................................................................................................................................62
5.1. Ý NGHĨA CỦA VIỆC BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG...........................62
6. TÍNH TỐN NỐI ĐẤT VÀ CHỐNG SÉT........................................................65
6.1. TÍNH TỐN NỐI ĐẤT....................................................................................65
6.2.TÍNH TỐN CHỌN THIẾT BỊ CHỐNG SÉT...............................................65
7. DỰ TỐN CƠNG TRÌNH..................................................................................67
II. BẢN VẼ................................................................................................................68



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 phịng. 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.
1


Tổng cơng suất thơng thống và làm mát:

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

2


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 tròn

1

0,35

0,67

3,69

Máy mài nhẵn phẳng

2

0,32

0,68

1,85
3

Máy tiện bu lơng

3

0,3

0,65

0,75

Máy mài nhẵn trịn

8

0,35

0,67

12,3

Máy mài nhẵn phẳng

9

0,32

0,68

4,92

May khoan

10

0,27

0,66

0,74

Máy khoan

11

0,27

0,66

0,98

Máy ép

17

0,41

0,63

12,3

Cẩn trục

18

0,25

0,67

4,92

Máy khoan

19

0,27

0,66

0,98

Máy khoan

20

0,27

0,66

0,98

Máy ép nguội

22

0,47

0,7

49,22

Lị gió

27

0,53

0,9

4,92

Tổng

98,53

Nhóm 2:
Tên thiết bị

Số hiệu

Ksd

Cos φ

P
4


Máy tiện bu lông

4

0,3

0,65

2,71

Máy tiện bu lông

5

0,3

0,65

4,92

Máy phay

6

0,26

0,56

1,85

Máy phay

7

0,26

0,56

3,45

Máy tiện bu lông

12

0,3

0,58

1,48

Máy tiện bu lông

13

0,3

0,58

3,45

Máy tiện bu lông

14

0,3

0,58

3,45

Máy tiện bu lông

15

0,3

0,58

3,7

Máy tiện bu lông

16

0,3

0,58

9,23

Máy ép nguội

23

0,47

0,7

67,67

Máy tiện bu lông

24

0,3

0,58

12,3

Máy tiện bu lông

25

0,3

0,58

16

Máy mài

26

0,45

0,63

2,46

5


Tổng

132,67

Nhóm 3:
Tên thiết bị

Số hiệu

Ksd

Cos φ

P

Máy khoan

29

0,27

0,66

1,48

Máy khoan

30

0,27

0,66

1,48

Máy xọc, (đục)

32

0,4

0,6

4,92

Máy ép quay

28

0,45

0,58

22,07

Máy ép quay

34

0,45

0,58

36,91

Máy tiện bu lông

35

0,32

0,55

1,85

Máy tiện bu lông

36

0,32

0,55

3,45

Máy tiện bu lông

37

0,32

0,55

5,54

Cẩn trục

21

0,25

0,67

16

Tổng

93,7

6


Nhóm 4:
Tên thiết bị

Số hiệu

Ksd

Cos φ

P

Lị gió

31

0,53

0,9

6,77

Máy xọc, (đục)

33

0,4

0,6

6,77

Máy tiện bu lông

38

0,32

0,55

6,77

Máy mài

39

0,45

0,63

5,54

Máy hàn

40

0,46

0,82

34,45

Máy quạt

41

0,65

0,78

6,77

Máy quạt

42

0,65

0,78

9,23

Máy hàn

43

0,46

0,82

34,45
7


Máy cắt tơn

44

0,27

0,57

3,45

Máy quạt

45

0,65

0,78

9,23

Tổng

123,43

Xác định phụ tải từng nhóm
Vì ta đã biết chính xác mặt bằng bố trí thiết bị, công suất và các giá trị cần thiết khác
nên ta sử dụng phương pháp xác định phụ tải theo công 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
Ptt = kmax . ksd . Pđmi
Trong đó :
Pđmi : cơng suất định mức của thiết bị
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:
8


kmax = f(nhq, ksd)
nhq: Số thiết bị dùng điện hiệu quả.
Tính nhq
+ Xác định n1 : số thiết bị có công suất lớn hay bằng một nửa công suất thiết bị có
cơng suất lớn nhất.
+ Xác định P1 : Tổng công suất của n1 thiết bị trên

+ Xác định
n* =

P* =
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
→ Phụ tải tính tốn được xác định theo cơng thức
Ptt = kti. Pdmi )
Trong đó:
9


- 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 cơng suất : p = 98,53 kW
Thiết bị có công suất lớn nhất là :
p = 49,2 kW
Những thiết bị có cơng suất có thiết bị khơng nhỏ hơn cơng suất của thiết bị

có cơng suất lớn nhất là :
n1 = 1; p1 = 49,22 kW
n* = = = 0,08
p* = = = 0,50
+ Từ giá trị n* và P* suy ra : nhq* = 0,28
nhq = nhq* . n = 0,77 . 13 = 3,64
Ksdtb =
Ksdtb = 0,41
Từ nhq và Ksd ta tính được Kmax
10


Kmax=1+1.3 = 1,53
Ptt = Kmax . Ksd . P = 1,49. 0,3. 34,24 = 61,81 kW
costb =
costb = 0,69
+Ta có costb = 0,69 tg = 1,05
Qtt = Ptt . tg = 61,81.1,05=64,9 KVAr
Stt = = = 89,58 KVA
Itt = = = 136,1 A
Tương tự tính cho các nhóm cịn lại ta có :

Phụ tải

Ksdni Cosφni

Ptt

Qtt

Stt

Itt

Nhóm 1

0,41

0,69

61,81

64,9

89,58

136,1

Nhóm 2

0,39

0,65

80,20

93,83

123,38

187,46

Nhóm 3

0,39

0,59

55,91

76,60

94,76

143,98

Nhóm 4

0,49

0,83

87,10

58,36

104,94

159,44

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).
11


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 = 0,71.285,02= 202,36 (kW)
Hệ số cos trung bình của nhóm là :

cos =
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.=. 206,45 (kVAr)
1.3. Tổng hợp phụ tải của toàn 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
12


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 quá 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.
Vị trí trạm biến áp thường được đặt ở liền kề, bên ngoài 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.
13

- 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 khơng 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



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
14

Bảng 2.1.Thơng 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.
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

15


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 phòng.

Tương tự như chọn trạm có 1 máy biến áp nhưng cần thêm máy phát để đề phong
khi sự cố mất điện.
Nhận xét:
Lựa chọn phương án 1 vì các lý do sau :
Ưu điểm:, vận hành đơn giản,dễ dàng cho người sử dụng ,hiệu suất sử dụng cao
hơn phương án 2,đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện tốt nhất ,dễ dàng thay thế và
bảo dưỡng
Nhược điểm: Chi phí đầu tư ban đầu lớn.
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

16


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.
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 chính.
Cùng lúc có thể cấp điện cho các TĐL khác. Ưu điểm của sơ đồ này là tốn ít
cáp, chủng loại cáp cũng ít. Nó thích hợp với các phân xưởng có phụ tải nhỏ,

phân bố không đồng đều. Nhược điểm là độ tin cậy cung cấp điện thấp,
thường dùng cho các hộ loại III.
TPP

TÐL

TÐL

TÐL

TÐL

TÐL

Hình 2.4. Sơ đồ liên thơng
Ngồi ra cịn có nhiều các sơ đồ khác như sơ đồ mạch vòng 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.
Để cung cấp điện cho các động cơ máy công cụ, trong xưởng dự định đặt 1 tủ
phân phối nhận điện từ trạm biến áp về và cấp điện cho 4 tủ động lực đặt rải rác các
17