Bài tập lớn học phần thiết kế cung cấp điện thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng nhôm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BÀI TẬP LỚN
Học Phần: Thiết kế cung cấp điện
Mã học phần: 13468
Tên đề bài tập lớn: Thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng
nhơm
Sinh viên: Hồng Văn Cầu

Lớp: TĐH58ĐH

Mã sinh viên :73572
Nhóm học phần: N02
Giáo viên hướng dẫn: T.S Nguyễn Hữu Quyền

HẢI PHÒNG, 2020


MỤC LỤC
Chương 1: Giới thiệu chung về đối tượng được thiết kế.....................................4
1.1 Giới thiệu chung về đối tượng..........................................................................4
1.2 Thiết bị trong phân xưởng................................................................................4
1.3 Sơ đồ mặt bằng phân xưởng.............................................................................5
Chương 2: Xác định phụ tải tính tốn cho phân xưởng......................................5
2.1 Xác định phụ tải tính tốn cho từng nhóm.......................................................5
2.2 Cơng suất tính tốn tồn phân xưởng..............................................................6
Chương 3. Thiết kế cung cấp điện.........................................................................7
3.1 Mạng trung áp..................................................................................................7
3.2 Mạng hạ áp.......................................................................................................7
Chương 4. Tính tốn tổn thất.................................................................................8

4.1 Tổn thất công suất............................................................................................8
4.2 Tổn thất điện áp..............................................................................................10
4.3 Tổn thất điện năng..........................................................................................11
Chương 5 : Tính tốn ngắn mạch........................................................................12
5.1. Phía trung áp.
5.2 Phía hạ áp......................................................................................................14
Chương 6: Kết luận...............................................................................................17

2


Chương 1: Giới thiệu chung về đối tượng được thiết kế.
1.1 Giới thiệu chung về đối tượng.
Phân xưởng cơ khí chuyên sản xuất các loại cửa nhôm khung bao cửa
nhôm và một số vật dụng khác liên quan đến nhôm. Phân xưởng có diện tích
200m2 ( chiều dài 20m, chiều rộng 10m) với đầy đủ các thiết bị hiện đại và
chuyên dùng. Phân xưởng với 2 cửa ra vào, có kho riêng tách biệt và phần
mặt bằng chỉ để đặt thiết bị và sản phẩm đã hoàn thành.
Nguồn điện cấp cho phân xưởng lấy từ trạm biến áp 10kV cách phân
xưởng 200m.
1.2 Thiết bị trong phân xưởng.
Phân xưởng gồm 5 loại máy sử dụng động cơ 3 pha với công suất 2,213,7KW và hệ thống quạt làm mát và đèn chiếu sáng.
STT Kí hiệu

Tên máy

Số
lượng

Tổng

cơng
suất
(W)
3000

Udm
(V)

Fđm
(Hz)

1

Máy 1

2
3
4
5

Máy 2
Máy 3
Máy 4
Máy 5

6

Quạt

7

Đèn

Máy cắt
1
380
50
nhơm 2 đầu
Máy ép góc
1
2200
380
50
Máy phay đố 1
2200
380
50
Máy nén khí 1
13700 380
50
Máy phay ổ
1
1100
380
50
khóa
Quạt cơng
4
1400
220

50
nghiệp
Đèn led nhà
4
800
220
50
xưởng
Bảng 1: Bảng thiết bị trong phân xưởng

N
Cosφ
(vòng/p)
2800

0.8

9940

0.85
0.9
0.9
0.85

1350

0.9

2840

0.8

3


1.3 Sơ đồ mặt bằng phân xưởng.

Hình 1.1 Sơ đồ mặt bằng phân xưởng

4


Chương 2: Xác định phụ tải tính tốn cho phân xưởng
2.1 Xác định phụ tải tính tốn cho từng nhóm.
a) Nhóm động cơ sử dụng điện 3 pha.
 Xác định hệ số thiết bị hiệu quả nhq.
nhq =¿ ¿ ¿

=

(3+2,2+2,2+13,7+ 1,1)2
32+ 2,22+ 2,22+1 3,72 +1,12

= 2.4

 Xác định hệ số Cosφtb
Hệ số sơng suất các thiết bị trong nhóm khơng giống nhau nên ta xác định hệ
số Cosφtb theo công thức:
P 1 ×Cosφ1 + P2 ×Cosφ 2 +…+ Pn ×Cosφ n
P1+ P2+ …+ Pn

3 × 0,8+2,2 ×0,85+2,2 ×0,9+13,7 × 0,9+1,1× 0,85
Cosφ tb=
=
3+2,2+2,2+13,7+ 1,1

Cosφtb =

0,9

 Xác định phụ tải tính tốn.
Do n > 3 và nhq < 4 và thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại nên ta lấy
k pt =0,75. Phụ tải tính tốn được xác định như sau:
n

Ptt =∑ k pt × Pđm = 0,75 × (3+2,2+2,2+13,7+1,1) = 16,65 (kW)
i=1

P tt
16.65
=
= 18,5 (kVAr)
0.9
Cosφ
Stt =√ Ptt 2 +Qtt 2 = √ 16,652+ 18,52 = 24,9 (kVA)

Qtt =

b) Nhóm thiết bị sử dụng điện 1 pha.
n

Ptt =∑ k pt × Pđm=0,75× ( 1400+800 ) =1,65(kW )
i=1

P tt
1,65
= 0.9 = 1,83 (kVAr)
Cosφ
Stt =√ Ptt 2 +Qtt 2 = √ 1,652 +1,832 =2,46 (kVA)

Qtt =

2.2 Cơng suất tính tốn tồn phân xưởng.
Phân xưởng có 2 nhóm thiết bị nên lấy K đt =0,9
n

Pttpx =K đt ∑ Ptti = 0,9 × (16,65 + 1,65) = 16,47 (kW)
i=1

5


n

Qttpx =K đt ∑ Qtti = 0.9 × (18,5 + 1,83) = 18,29 (kVAr)

Sttpx= √ P

i=1
2
ttpx

2
+Q ttpx = √ 16,472 +18,292 = 24,61 (kVA)

6


Chương 3. Thiết kế cung cấp điện.
3.1 Mạng trung áp.

hình 3.1 Sơ đồ mạng trung áp
 Trong đó:
MC1

: máy cắt 1

MC2

: máy cắt 2

TBATG

: trạm biến áp trung gian

TBAXN

: trạm biến áp xí nghiệp

7

3.2 Mạng hạ áp.

Hình 3.2 Sơ đồ mạng hạ áp
 Trong đó:
MC1
: máy cắt 1
MC2
: máy cắt 2
P1
: cầu chì
B1
: biến áp 1
B2
: biến áp 2
TG1
: thanh góp 1
TG2
: thanh góp 2
TG3
: thanh góp 3
TG4
: thanh góp 4
TA
: áp tơ mát
8


Chương 4. Tính tốn tổn thất.

Hình 4.1 Sơ đồ tương đương
4.1 Tổn thất điện áp.
Chọn dây dẫn cáp M-50 có : r0 = 0,35 Ω/km ; x0 = 0,37 Ω ; Ucp = 5%
 Đoạn 13
Có P2 = 16,65 kW ; Q2 = 18,55 kVAr

ΔU13=

P . R+Q . X 16,65∗0,35∗0,02+18,5∗0,37∗0,02
=
=¿ 0.63 (V)
U
0,4

 Đoạn 1’2
Có P1 = 1,65 kW ; Q1 = 1,83 kVAr

ΔU1’2 =

P . R+Q . X 1,65 . 0,35 . 0,02+ 1,85. 0,37 . 0,02
=
=¿ 0,12(V)
U
0,22

 Đoạn 01
Có P = P1 + P2 = 16,65 + 1,65 = 18,3 kW
Q = Q1 + Q2 = 18,5 + 1,85 = 20,35 kVAr

ΔU01 =

P . R+Q . X 18,3 . 0,35 . 0,2+ 20,35 .0,37 . 0,2
=
=¿6.9(V)
U
0,4

 Trên toàn đường dây.
ΔUdd = ΔU01 + ΔU12 + ΔU13 = 7,65 (V)

ΔUmax% =

ΔU 100
.
U 1000

= 1.9125 < Ucp
9


4.2 Tổn thất công suất.
 Tổn thất công suất trên đường dây
- Tổn thất trên đoạn 1’2
2

2

2

2

P +Q
1.65 + 1.85
× 0,35 × 0,02 = 0,001 (KW)
× Rd =
ΔP1’2 =
2
2
U
0,22
P 2+Q 2
1.652+ 1.852
× 0,37 × 0,02 = 0,0013 (kVAr)
× Xd =
ΔQ1’2 =
U2
0,222

ΔS1’2 =√ Δ P2 + ΔQ2= √ 0,0012+ 0,0012 = 0,001 (kVA)
 Từ Sttpx và ΔSdd ta có thể lựa chọn được MBA cho phụ tải 1 pha theo công
thức:
SBA2 = 1,2 × (Stt + ΔS1’2) = 1,2 × (2,46 + 0,001) = 2,95 (kVA)
Chọn MBA ΤДⱧ6300/220 có thơng số:
Sđm kVA
6,3

ΔP0
W
10

ΔPN
UN
I0
ΔQ0
RB
W
%
%
kVAr
Ω
50
10,5
1,0
63
16,60
Bảng 4.1 Bảng thông số máy biến áp 2

XB
Ω
220

- Tổn thất trong máy biến áp phụ tải.
ΔPBA2 = ΔP0 + ΔPN × ¿ = 0,01 + 0,05׿ = 0,017 (KW)
ΔQ0BA2 =

I o % . Sđm
100

ΔQnBA2 =

U n % × Sđm
100

=

1× 6,3
= 0,063 (kVAr)
100

=

10,5× 6,3
= 0,66 (kVAr)
100
S pt

2,46

 ΔQBA2 = ΔQo + ΔQn × ( S )2 = 0,063 + 0,66× ( 6,3 )2 = 0,73 (kVAr)
đm
 ΔSBA2 = √ P2b +Q2b= √0,017 2+ 0,732 = 0,73 (kVA)

10


- Tổn thất trên đoạn 13
2

ΔP13 =

2

2

2

2

2

P +Q
16,65 +18,5
× 0,35 × 0,02 = 0,27 (KW)
× Rd =
2
2
U
0,4
2

2

P +Q
16,65 +18,5
× 0,37 × 0,02 = 0,028 (kVAr)
× Xd =
ΔQ13 =
2
U
0,4 2

- Tổn thất trên toàn đường dây.
ΔPdd = 0,001+0,017 + 0,27 = 0,28 (kW)
ΔQdd = 0,0013 + 0,028 = 0,029 (kVAr)
ΔSdd =√ Δ P2 + ΔQ2 = √ 0,282 +0,0292 = 0,281 (kVA)
 Từ Sttpx và ΔSdd ta có thể lựa chọn được MBA cho tồn phân xưởng theo
cơng thức:
SMBA1 = 1,2 × (Stt + ΔSdd) = 1,2 × (24,61 + 0,281) = 29,868 (kVA)
Chọn MBA dầu HEM 3 pha 10/0,4 kV – 50kVA

Hình 4.2 Hình ảnh máy biến áp dầu hãng HEM
Thông số MBA:
Mức điện
áp
10/0,4

Sđm
ΔP0
ΔPN
UN
kVA
W
W
%
50
235
1000
4
Bảng 4.2 Bảng thông số máy biến áp 1

I0
%
2

- Tổn thất cơng suất trong MBA chính:
11


ΔPBA2 = ΔP0 + ΔPN × ¿ = 0,235 + 1׿ = 0,48 (KW)
ΔQ0BA2 =

I o % × S đm
100

=

2× 50
=1 (kVAr)
100

ΔQnBA2 =

U n % × Sđm
100

=

4 × 50
= 2 (kVAr)
100

S

24,9

pt
 ΔQBA2 = ΔQo + ΔQn × ( S )2 = 1 + ( 50 )2 × 2 = 1,496 (kVAr)
đm

 ΔSBA2 = √ P2b +Q2b= √0,48 2+1,496 2 = 1,571 (kVA)
4.3 Tổn thất điện năng.
 Trong MBA:
 Tổn thất điện năng MBA 3 pha
Xưởng làm việc 2 ca nên ta chọn T max=3500
Mà

−4 2

τ =(0,124+T max ×10 ) ×8760

τ =(0,124+3500 ×10−4 )2 × 8760=1968
2

S
∆ A BA=∆ P0 × t+ ∆ PN ×( pt ) × τ
S dm

= 0,235 ×8760+ 1× ¿
 Tổn thất điện năng MBA 1 pha
Xưởng làm việc 2 ca nên ta chọn T max=3500

Mà

−4 2

τ =(0,124+T max ×10 ) ×8760

τ =(0,124+3500 ×10−4 )2 × 8760=1968
S pt 2
∆ A BA=∆ P0 × t+ ∆ PN ×(
) ×τ
S dm

= 0,01 ×8760+ 0,05× ¿



Trên đường dây.
∆ A=∆ P × τ (kWh)

12


 Trong đó:
∆ P−Tổnthất cơng suất lớn nhất trên đường dây , Kw
τ - Thời gian tổn thất công suất lớn nhất, h, tra bảng 4-1.
τ =f ¿

 Nhà máy làm việc 2 ca Tmax = 3500h
 τ = 1600h ( tra bảng 4.1 trang 49 giáo trình “thiết kế cung cấp điện” )
ΔAdd = ΔPdd × τ = 0,28 × 1600 = 448 kWh

13


Chương 5 : Tính tốn ngắn mạch
5.1. Phía trung áp.

Hình 5.1 Sơ đồ tính ngắn mạch trung áp
 Trong đó:
MC1
: máy cắt 1

TBATG : trạm biến áp trung gian

MC2
: máy cắt 2
MBA1 : máy biến áp 1
 Chọn máy cắt phía trung áp

TBAXN : trạm biến áp xí nghiệp
N : điểm ngắn mạch

S∑ = ΔSdd + ΔSBA1 + Stt = 0,281+ 1,571 + 24,9 = 26,752 kVA
- Công suất máy cắt :
SN = 1,2× S∑ = 1,2× 26,752 = 32,102 kVA
- Ta có : U = 10 KV S N =32,102 kVA
- Dây dẫn phía trung áp dài l= 2,5km có: R0= 0,35 Ω/km, X0= 0,37 Ω/km
- Điện kháng của hệ thống là :
2

2

U
10
X HT = =
=3,115(Ω)
S N 32,102

 Dòng điện ngắn mạch tại điểm N là :
IN=

U
10
=
=1,384 (KA )
2
√ 3 × Z 1 √ 3 × √ ( 0,35 ×2,5 ) +(0,37 ×2 , 5+3,155)2

 Dịng điện xung kích

14


i xkN =√2 ×1,8 ×1,384=3,523( KA)

5.2 Phía hạ áp.

Hình 5.2 Sơ đồ tính ngắn mạch hạ áp
 Trong đó:
MC1

: máy cắt 1
MC2
: máy cắt 2
P1
: cầu chì
B1
: biến áp 1
B2
: biến áp 2
TG1
: thanh góp 1
TG2
: thanh góp 2
TG3
: thanh góp 3
TG4
: thanh góp 4
15


TA
N1,2,3

: áp tô mát
: điểm ngắn mạch 1,2,3

a) Ngắn mạch điểm N1
- Ta chọn thanh góp (TG-0,4kv) bằng đồng tiết diện 6,6 mm2
r TG−1= 0,056 (mΩ)
x TG−1 = 0,189 (mΩ)

- Điện trở và điện kháng máy biến áp B1 :
r BA=

∆ P N ×U đm2
S đm2

3

×10 =

1× 4002
= 64 (mΩ)
502

2

2
U N % × U đm
3 0,04 × 400
= 128 (mΩ)
x BA =
×10 =
Sđm
50

- Điện trở và điện kháng của TG-1, l= 6m tra trong sổ tay có :
a tb =1,26× a=1,26 ×240=300¿ m)
r TG−1=6 × R 0=6 ×0,056=0,336 (mΩ)
x TG−1=6× X 0 =6 ×0,189=1,134(mΩ)

- Điện trở tiếp xúc của cầu dao P-1 tra trong sổ tay
r P−1=0,15( mΩ)

- Tổng điện trở đối với điểm ngắn mạch N1 :
r ∑ 1=r BA +r TG−1+ r P−1=64+0,336+ 0,15≈ 64,186 (mΩ)

- Tổng điện kháng đối với điểm ngắn mạch N1 :
x ∑ 1 =x BA + x TG−1=128+ 1,5=129,5(mΩ)

- Tổng trở tổng hợp đối với điểm ngắn mạch N1
2

2

2

2

Z∑ 1= r ∑ 1 + x∑ 1 =√ 64,186 +129,5 =144,53( mΩ)

√

- Dòng điện ngắn mạch tại N1 là :
16


I N 1=

U

400
=
=1,59(KA)
√ 3 × Z∑ 1 √3 × 144,53

- Dịng điện xung kích
i xkN 1= √2 ×1,3 ×1,59=2,92(KA)

b) Ngắn mạch điểm N2
- Ta chọn thanh góp 2 (TG-2) bằng đồng tiết diện 6,6 mm2 , l=2m
Tra sổ tay có điện trở và điện kháng của TG-2 ứng với atb=300mm
r 0 = 0,056 (mΩ)
x 0= 0,189 (mΩ)
- Ta chọn thanh góp 4 (TG-4) bằng đồng tiết diện 4,4 mm2 , l=3m
Tra sổ tay có điện trở và điện kháng của TG-4 ứng với atb=300mm
r 0 = 0,125 (mΩ)
x 0= 0,214 (mΩ)
 Điện trở và điện kháng của TG-2
r TG−2=2 × R0 =2× 0,056=0,112 ( mΩ )
x TG−2=2× X 0=2 ×0,189=0,378(mΩ)

 Điện trở và điện kháng của TG-4:
r TG−3=3 × R 0=3 ×0,125=0,375 ( mΩ )
x TG−3 =3× X 0 =3× 0,214=0,642(mΩ)

- Điện trở, điện khág cuộn dây dòng điện của aptomat tra phụ lục PL 3.12:
r A =0,12 (mΩ)
x A=0,094 (mΩ)

- Điện trở tiếp xúc tại các điểm của aptomat tra bảng phụ lục PL3.13:

r TA =0,25 (mΩ ¿
- Tổng điện trở đối với điểm ngắn mạch N2 :
r ∑ 2=r ∑ 1 +r TG−2+ r TG−3 +r A + r TA

= 64,186 + 0,112 + 0,375 + 0,12 + 0,25 = 65,043 ( mΩ )
- Tổng điện kháng đối với điểm ngắn mạch N2
x ∑ 2 =x∑ 1 + x TG−2 + x TG−3 + x A
17


¿ 129,5 + 0,378 + 0,642 + 0,094 = 130,614 (mΩ)

- Tổng trở tổng hợp đối với điểm ngắn mạch N2
2

2

2

2

Z∑ 2= r ∑ 2 + x∑ 2 =√ 65,043 +130,614 =143,754(mΩ)

√

- Dòng điện ngắn mạch tại N2 là :
I N 2=

U
400

=
=1,606( KA)
√3 × Z∑ 2 √3 × 143,754

- Dịng điện xung kích
i xkN 2= √ 2 ×1,3 ×1,606=2,952( KA)

18


Chương 6: Kết luận
Với những kiến thức đã được trang bị, tìm hiểu sách vở, đồng thời được sự
giúp đỡ của thầy giáo hướng dẫn T.S.Nguyễn Hữu Quyền chỉ bảo cùng với sự nỗ
lực của bản thân đến nay em đã hồn thành bài tập lớn của mình “ thiết kế cung
cấp điện cho xưởng nhôm”.
Trong bài tập lớn này em đã kết hợp kiến thức lí thuyết và thực tế tuy nhiên
vẫn cịn nhiều thiếu sót. Rất mong nhận được sự góp ý và bổ sung của thầy để bài
tập lớn này có thể hồn thiện hơn.

19