đồ án cung cấp điện 2

Đồ án Cung cấp điện

Sinh viên Vũ Thị Châu Page 1

MỞ ĐẦU
Công cuộc công nghiệp hóa,hiện đại hóa đất nước ,hội nhập kinh tế quốc tế
đang diễn ra mạnh mẽ . Xã hội không ngừng phát triển,của cải vật chất không ngừng
được tạo ra . Trong số của cải vật chất đó có nhiều dạng năng lượng được tạo ra,năng
lượng điện hay còn gọi là điện năng là một dạng năng lượng rất phổ biến và là một
phần vô cùng quan trọng trong hệ thông năng lượng quốc gia. Sở dĩ như vậy là vì nó
có nhiều ưu điểm như :dễ dàng chuyển thành các dạng năng lượng khác ( cơ, hóa,
nhiệt,…) dễ chuyển tải đi xa,hiệu suất cao và điện năng cũng là điều kiện tiên quyết
để phát triển các ngành công nghiệp, nông nghiệp cũng như nhiều ngành kinh tế
khác.Nhu cầu về điện tăng nhanh không ngừng theo sự phát triển của đất nước đòi hỏi
ngày càng cao số lượng cũng như chất lượng trong khi nguồn cung lại không đáp ứng
đủ. Do vậy việc truyền tải điện, cung cấp điện cũng như phân phối điện cho các hộ
tiêu thụ điện cần phải tính toán kĩ lượng để vừa đảm bảo các thông số kĩ thuật mà lại
vừa kinh tế.
Đồ án thiết kế cung cấp điện :” thiết kế cung cấp điện cho một phân xưởng
công nghiệp” Nhìn chung, đáp ứng yêu cầu cơ bản về một mạng điện đảm bảo cung
cấp điện cho phân xưởng với chi phí nhỏ nhất khi thực hiện các hạn chế kỹ thuật về độ
tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện năng.
Nội dung đồ án gồm :
1. Tính toán chiếu sáng cho các phân xưởng.
2. Tính toán phụ tải điện.
3. Tính chọn tụ bù nâng cao hệ số công suất.
4. Xác định sơ đồ cấp điện cho phân xưởng.
5. Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị của sơ đồ nối điện.
6. Tính toán chế độ mạng điện.
7. Tính toán nối đất và chống sét.
8. Dự toán công trình.

Dù đã cố gắng hết sức song không thể tránh khỏi những sai sót và hạn chế em rất
mong nhận được sự chỉ bảo, giúp đỡ của các thầy cô giáo để em có thể tự hoàn thiện
thêm kiến thức của mình cho những đồ án thiết kế sau này
Trong quá trình thực hiện đồ án em xin chân thành cảm ơn các thầy ,cô giáo trong
bộ môn, đặc biệt thầy giáo Phạm Anh Tuân đã giúp em hoàn thành đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên
Vũ Thị Châu
Đồ án Cung cấp điện

Sinh viên Vũ Thị Châu Page 2

Chương 1: thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng.
1.Các yêu cầu chung.
Trong bất kì một xí nghiệp nào ngoài ánh sáng tự nhiên còn phải sử dụng ánh
sáng nhân tạo, phổ biến nhất là dùng đèn điện để chiếu sáng nhân tạo.
Thiết kế công nghiệp phải đáp ứng yêu cầu về độ rọi và hiệu quả chiếu sáng
đối với thị giác,màu sắc ánh sáng, sự bố trí chiếu sáng vừa phải đảm bảo tính kinh tế
kĩ thuật và còn phải đảm bảo mĩ quan.Thiết kế chiếu sáng phải đảm bảo yêu cầu sau:
- Không lóa mắt: vì với cường độ ánh sáng mạnh sẽ làm cho mắt có cảm giác
lóa, thần kinh bị căng thẳng, thị giác mất chính xác.
- Không lóa do phản xạ: một số vật công tác có các tia phản xạ khá mạnh và
trực tiếp .
- Không có bóng tối: phân xưởng không nên có bóng tối mà ánh sáng phải sáng
đông thời.
- Độ rọi yêu cầu phải đồng đều: nhằm mục đích khi quan sát từ vị trí này sang vị
trí khác mắt người không phải điều tiết quá nhiều gây mỏi mắt.
- Phải tạo được ánh sáng giống ánh sáng ban ngày: để thị giác được đánh giá
chính xác.
Người ta thường chọn hai loại đèn trong chiếu sáng là đèn sợi đốt và đèn huỳnh

quang. Trong các phân xưởng ít khi người ta sử dụng đèn huỳnh quang vì đèn này
có tấn số 50Hz thường gây ảo giác không quay cho các động cơ nguy hiểm cho
người vận hành nên người ta thường sử dụng bóng đèn sợi đốt.
Bố trí đèn trong chiếu sáng người ta thường sử dụng hai cách: bố trí theo hình
vuông và bố trí theo hình thoi.
2. Tính toán chiếu sáng.
Thiết kế cho phân xưởng công nghiệp có kích thước: dài a = 36m, rộng b=
24m, cao H= 4,7m. Coi trần nhà màu trắng,tường nhà màu vàng , sàn nhà màu xám,
với độ rọi yêu cầu là E
yc
=50(lux) .
Gọi:
- h’: khoảng cách từ đèn đến trần. lấy h’= 0,5 m
- h”: độ cao của mặt công tác so với nền nhà. h”= 0,9 m
- h: Khoảng cách từ đèn đến mặt công tác . H - h’ – h”= 4,7-0,5-0,9= 3,3 m
Theo biểu đồ môi trường sáng kruithof (hình 12.1 giáo trình “ bài tập cung cấp điện –
TS Trần Quang Khánh”). Thì với độ rọi yêu cầu là E
yc
=50(lux) nhiệt độ màu cần thiết
là 3000
0
K sẽ cho môi trường ánh sáng tiện nghi. Vì là phân xưởng sản xuất có nhiều
Đồ án Cung cấp điện

Sinh viên Vũ Thị Châu Page 3

máy điện quay nên sử dụng đèn sợi đốt Rạng Đông có công suất 200 W và có quang
thông F =3000 (lm). (Bảng 45.pl. các thạm số cơ bản của một số loại đèn thông dụng
– bài tập cung cấp điện- TS Trần Quang Khánh).

- Tỉ số treo đèn:
' 0,5 0,5 1
0,1163
' ' 3,3 0,5 0,5 4,3 3
h
j
h h h
    
   

Với loại đèn dùng để chiếu sáng cho phân xưởng sản xuất ta chọn tỉ số treo đèn
1,5
'
l
hh


(bảng 12.4 – bài tập cung cấp điện- TS Trần Quang Khánh).
1,5.( ') 1,5.(3,3 0,5) 5,7l h h m    

- Hệ số không gian :

. 24.36
3,789
( ')( ) (3,3 0,5).(24 36)
kg
ab
km
h h a b
  

   

Căn cứ vào đặc điểm chiếu sáng coi hệ số phản xạ của nhà xưởng là : Trần :0,5;
Tường: 0,3. Hệ số lợi dụng ánh sáng tương ứng với hệ số không gian 3,789 :Sử dụng
phương pháp nội suy:

4 3,789
0,58 .(0,59 0,58) 0,587 0,59
3,789 3,5
ld
k

   


(bảng 47.pl4 – bài tập cung cấp
điện- TS Trần Quang Khánh).
- Tổng quang thông của các đèn chiếu sáng:
H
h
h'
h''
Đồ án Cung cấp điện

Sinh viên Vũ Thị Châu Page 4



.
yc dt

ld
E S k
F
k




Trong đó:

:
yc
E
độ rọi yêu cầu, lx.

:S
diện tích bề mặt chiếu sáng, m
3
.

:

hiệu suất của đèn (có giá trị trong khoảng 0,5÷0,7).

:
dt
k
hệ số dự trữ, thường lấy bằng 1,2÷1,3.

:

ld
k
hệ số lợi dung quang thông của đèn.
Vậ
420,785
tt
P kW
y:
50.24.36.1,25
0,5
15
8.0,59
1490,36 lF m



- Số lượng đèn cần thiết là:
151490,
30
36
5
00
50,
F
N
F

  

- Căn cứ vào kích thước của phân xưởng ta chọn :

Khoảng các giữa các đèn là : L
a
=L
b
=4,1 m.
Khoảng cách từ dãy đèn đến tường bao : d
1
= 1,6 m ; d
2
= 1,75m.
12
0,3. , 0,5.
0,3.4,1 1,23 1,6;1,75 0,5.4,1 2,05
L d d l
    
nên thỏa mãn phạm vi cho phép.

Đồ án Cung cấp điện

Sinh viên Vũ Thị Châu Page 5



Vậy tổng số bóng đèn cần lắp đặt là 54 bóng bố trí thành 6 dãy mỗi dãy gồm 9 bóng.
Khoảng cách giữa các dãy đèn là 4,1 m và khoảng cách từ dãy đèn tới tường bao d
1
=
1,6 m và d
2
= 1,75 m.

- Kiểm tra độ rọi thực tế :
. . .

d ld
dt
F N k
E
ab k



Trong đó :
:
d
F
là quang thông của đèn.
:N
là số bóng đèn cần lắp đặt.
:

hiệu suất của đèn.
:
ld
k
là hệ số lợi dụng quang thông của đèn.
:a
chiều dài phân xưởng.
:b
chiều rộng phân xưởng.
:

dt
k
hệ số dự trữ.
Vậy :
3000.54.0,58.0,59
36
5
.24.1,
3
25
1, 3
yc
E lx E 

36 m
24 m
1,6 m
1,75 m
4,1 m
Đồ án Cung cấp điện

Sinh viên Vũ Thị Châu Page 6

Như vậy hệ thống chiếu sáng đảm bảo yêu cầu thiết kế. Ngoài chiếu sáng chung
chúng ta cần trang bị thêm mỗi thiết bị bóng đèn sợi đốt Rạng Đông công suất là 100
W để chiếu sáng cục bộ, cho 2 phòng thay đồ và 2 phòng vệ sinh mỗi phòng một bóng
sợi đốt Rạng Đông công suất 100 W. Như vậy cần 43 bóng đèn để chiếu sáng cục bộ.
Chương 2 : Tính toán phụ tải điện.
Tính toán phụ tải điện là nhiệm vụ đầu tiên khi thiết kế cung cấp điện cho một
công trình. Do phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố nên xác định tính toán là một

việc rất khó khăn và cũng rất quan trọng. Vì nếu phụ tải tính toán nhỏ hơn phụ tải thực
tế thì gây nguy hiểm cho thiết bị, còn nếu lớn hơn thì gây lãng phí. Do tính chất quan
trọng nên có nhiều công trình nghiên cứu và có nhiều phương pháp tính toán phụ tải
điện. Trong đồ án này em chọn tính toán phụ tải điện theo phương pháp hệ số đồng
thời :
max 1 2
.( )
dt n
P k P P P   

Trong đó :
-
max
:P
là công suất lớn nhất của nhóm phụ tải.
-
:
dt
k
là hệ số đồng thời.( lấy theo quy phạm trang bị điện).
-
:
i
P
là công suất phụ tải thứ i trong nhóm phụ tải.
2.1. Tính toán phụ tải chiếu sáng.
- Tổng công suất chiếu sáng chung:
csc
1080054.200
d dt

P WN P k  
.
- Tổng công suất chiếu sáng cục bộ:
csc
. . 43.100 4300
b d dt
P N P k W  
.
- Tổng công suất tính toán của phụ tải chiếu sáng:
csc
( ). 10800 4300 15100 15,1
scc b dt
P P P k W kW     
.
2.2. Phụ tải thông thoáng và làm mát.
Để tính thông gió ta cần phải xác định lưu lượng thông gió và chọn vận tốc gió
hợp lí. Lưu lượng gió cấp vào phân xưởng được xác định theo công thức:
L = K.V
Trong đó:
- K: là bội số tuần hoàn (lần/giờ).
- V: thể tích gian máy.
Bội số tuần hoàn được tra theo bảng sau: (bảng giá trị về bội số tuần hoàn được
chọn theo phần mềm Fantech.
Đồ án Cung cấp điện

Sinh viên Vũ Thị Châu Page 7

Bảng 2.1. Giá trị bội số tuần hoàn.
Phòng
Bội số tuần hoàn

Lựa chọn
Phòng máy kĩ thuật
Phòng máy phát điện
Trạm biến thế
Phòng bơm
Kho chứa bình thường
Toilet công cộng
20-30
20-30
20-30
20-30
1-2
11-20
20
20
20
20
5
14-15

Từ bảng trên ta chọn k =20 lần/giờ.
- Thể tích gian máy:

3
. . 36.24.4,7 4060,8V ab H m  
.
- Lưu lượng gió cấp vào phân xưởng:

3
. 20.4060,8 81216 ( / )L KV m h  

.
Nếu dùng quạt VGP 740A có lưu lượng gió 18000 m
3
/h.
Số quạt cần dùng cho phân xưởng là:

81216
4,5
18000
q
q
L
N
L
  
quạt
Bảng thông số quạt hút:
Model Điện áp(kV) Tốc độ(rpm)
Lưu lượng(m
3
/h) Công suất(kW) Cosφ
VGP 740A 380 1450 18000 0,37 0,8

Vậy ta sử dụng 5 quạt cho thông thoáng phân xưởng.
Tổng công suất tác dụng cho thông thoáng là:
. 5.0,37 1,85
tt q q
P P N kW  

Ngoài ra ta còn sử dụng 15 quạt trần công nghiệp SMC-QC308 -65W -220V để

làm mát với cosφ = 0,8.
Tổng công suất tác dụng cho làm mát:
. 65.15 975 0,975
lm q q
P P N W kW   

Tổng công suất tác dụng cho thông thoáng và làm mát là:

( ). (1,85 0,975).1 2,83
tt lm dt
P P P K kW    

2.3. Phụ tải động lực.

Để phân nhóm phụ tải ta dựa vào nguyên tắc và thứ tự ưu tiên như sau:
Đồ án Cung cấp điện

Sinh viên Vũ Thị Châu Page 8

- Các nhóm thiết bị trong cùng một nhóm phải ở gần nhau trong mặt bằng điều
này sẽ thuận tiện cho việc đi dây tránh chồng chéo, giảm tổn thất…
- Các thiết bị trong một nhóm nên cùng chế độ làm việc .
- Các thiết bị trong các nhóm nên được phân bổ để tổng công suất của các nhóm
ít chênh lệch nhất (điều này nếu thực hiện được sẽ tạo ra tính đồng loạt cho các
trang thiết bị CCĐ).
- Ngoài ra số thiết bị trong cùng một nhóm cũng không nên quá nhiều vì số lộ ra
của một tủ động lực cũng bị khống chế (thông thường số lộ ra lớn nhất của các
tủ động lực được chế tạo sẵn cũng không quá 8). Tất nhiên điều này cũng
không có nghĩa là số thiết bị trong mỗi nhóm không nên quá 8 thiết bị. Vì 1 lộ
ra từ tủ động lực có thể chỉ đi đến 1 thiết bị, nhưng nó cũng có thể được kéo

móc xích đến vài thiết bị, (nhất là khi các thiết bị đó có công suất nhỏ và không
yêu cầu cao về độ tin cậy CCĐ ). Tuy nhiên khi số thiết bị của một nhóm quá
nhiều cũng sẽ làm phức tạp hoá trong vận hành và làm giảm độ tin cậy CCĐ
cho từng thiết bị.
- Ngoài ra các thiết bị đôi khi còn được nhóm lại theo các yêu cầu riêng của việc
quản lý hành chính hoặc quản lý hoạch toán riêng biệt của từng bộ phận trong
phân xưởng.
Dựa theo nguyên tắc phân nhóm phụ tải điện đã nêu ở trên và căn cứ vào vị trí,
công suất thiết bị bố trí trên mặt bằng phân xưởng có thể chia các thiết bị trong phân
xưởng sửa chữa cơ khí thành 4 nhóm phụ tải như sau.
Với chế độ ngắn hạn lặp lại, ta quy đổi về chế độ làm việc dài hạn: Máy biến áp hàn
có ε =0,4
' . 33. 0,4 20,87
dm dm
P P kW

   
.
Đồ án Cung cấp điện

Sinh viên Vũ Thị Châu Page 9


Hình 2.1. Sơ đồ phân nhóm phụ tải.
a. Nhóm 1:
Bảng 2.3.1.bảng phụ tải nhóm 1:
1
6
7
8

2
15
14
13
19
26
27
20
21
28
35
34
36
37
38
16
17
18
9
10
3
4
11
5
12
24
25
31
32
33

39
A
B
C
D E
7
6
5
4
3
2
1
30
23
29
22
IV
II
III
I
24000
36000
Đồ án Cung cấp điện

Sinh viên Vũ Thị Châu Page 10

Stt Tên thiết bị số hiệu
K
sd
Cosφ P(kW)

1 Máy tiện ngang bán tự động 1 0,35 0,67 15
2 Máy tiện ngang bán tự động 2 0,35 0,67 18
3 Máy tiện ngang bán tự động 3 0,35 0,67 22
4 Máy tiện xoay 4 0,32 0,68 1,5
5 Máy tiện xoay 6 0,3 0,65 8,5
6 Máy tiện xoay 7 0,32 0,68 7,5
7 Máy tiện xoay 8 0,32 0,68 10
8 Máy khoan đứng 9 0,37 0,66 4,5
9 Máy khoan đứng 10 0,37 0,66 7,5
10 Máy khoan đứng 11 0,26 0,56 2,8
Tổng 97,3

Công suất tác dụng tính toán của phụ tải nhóm 1:

11
97,3.0,5 48. ,7
tt t dt
Pk kWP 
.
Hệ số công suất trung bình của phụ tải nhóm 1:
1
.cos
63,77
0,66
97,
c
3
os
i
ii

tb
ii
P
P
SP



   




Công suất tính toán của phụ tải nhóm 1:
1
1
1
48,7
73,
cos 0,66
8
tt
tt
tb
kVA
P
S

  
.

Công suất phản kháng tính toán :

1 1 1
48,7.tan(.ta arcn(arcc cos(0,66)) 55os ,4)
tt tt tb
QP kVAr


.
b. Nhóm 2:
Bảng 2.3.2.bảng phụ tải nhóm 2:
Đồ án Cung cấp điện

Sinh viên Vũ Thị Châu Page 11

Stt
Tên thiết bị số hiệu
K
sd
Cosφ P(kW)
1 Máy khoan định tâm 13 0,3 0,58 2,8
2 Máy Tiện bán tự động 14 0,41 0,63 2,8
3 Máy Tiện bán tự động 15 0,41 0,63 2,8
4 Máy Tiện bán tự động 16 0,41 0,63 5,5
5 Máy Tiện bán tự động 17 0,41 0,63 7,5
6 Máy mài nhọn 18 0,45 0,67 2,2
7 Máy Tiện bán tự động 19 0,35 0,67 15
8 Máy Tiện bán tự động 20 0,35 0,67 18
9 Máy tiện ren 21 0,47 0,7 3
10 Máy tiện ren 22 0,47 0,7 2,2

Tổng 61,8

Công suất tác dụng tính toán của phụ tải nhóm 2:

22
61,8.0,5 30. ,9
tt t dt
Pk kWP 

Hệ số công suất trung bình của phụ tải nhóm 2:
2
40,56
0,66
6
.cos
co
1,8
s
i i i
tb
ii
PP
SP


   



Công suất tính toán của phụ tải nhóm 2:

2
2
2
30,9
46,8
0,66cos
tt
tt
tb
kVA
P
S

  

Công suất phản kháng tính toán của phụ tải nhóm 2:
2
30,9.ta. nta (an(ar rccoccos( ) s(0,66)) 35,2)
tt tt tb
k ArQP V

 

c. Nhóm 3:
Bảng 2.3.3. phụ tải nhóm 3:
Đồ án Cung cấp điện

Sinh viên Vũ Thị Châu Page 12

Stt
Tên thiết bị số hiệu
K
sd
Cosφ P(kW)
1 Máy tiện ngang bán tự động 26 0,35 0,67 22
2 Máy tiện ngang bán tự động 27 0,35 0,67 22
3 Máy tiện ren 28 0,47 0,7 5
4 Máy tiện ren 29 0,47 0,7 4,5
5 Máy hàn hồ quang 34 0,53 0,9 30
6
Máy biến áp hàn ε=0,4 35 0,45 0,58 20,87
7 Máy tiện ren 36 0,4 0,6 15
8 Máy hàn xung 37 0,32 0,55 20
9 Máy hàn chỉnh lưu 38 0,46 0,62 25
Tổng 164,37

Công suất tác dụng tính toán của nhóm phụ tải 3:

33
164,37 0,5 82,2
tt t dt
PP kWk 

Hệ số công suất trung bình của phụ tải nhóm 3:
3
110,73
0,67
16
.co

s
4,3
s
co
7
i i i
tb
ii
PP
SP


   



Công suất tính toán của phụ tải nhóm 3:

3
3
3
82,2
122
cs
,
o0
7
,67
tt
tt

tb
kA
P
S V

  

Công suất phán kháng tính toán của phụ tải nhóm 3:

3 3 3
82,2.tan(.ta arcn(arcc cos(0,67)) 91os ,1)
tt tt tb
QP kVAr



d. Nhóm 4
Bảng 2.3.4 bảng phụ tải nhóm 4:


Đồ án Cung cấp điện

Sinh viên Vũ Thị Châu Page 13


Stt
Tên thiết bị số hiệu
K
sd
Cosφ P(kW)

1 Máy tiện xoay 5 0,32 0,68 2,8
2 máy khoan đứng 12 0,37 0,66 7,5
3 Máy tiện ren 23 0,47 0,7 2,8
4 Máy tiện xoay 24 0,32 0,68 5,5
5 Máy doa 25 0,45 0,63 4,5
6 Máy doa 33 0,45 0,63 7,5
7 Máy doa 32 0,45 0,63 6
8 Máy tiện ren 31 0,47 0,7 10
9 Máy tiện ren 30 0,47 0,7 7,5
10 Máy chỉnh lưu hàn 39 0,46 0,62 20
Tổng 74,1

Công suất tác dụng tính toán của phụ tải nhóm 4:

44
74,1.0,5 37. ,1
tt t dt
Pk kWP 

Hệ số công suất tác dụng của phụ tải nhóm 4:
4
48,55
0,66
7
.cos
co
4,1
s
i i i
tb

ii
PP
SP


   



Công suất tính toán của phụ tải nhóm 4:

4
4
4
37,1
56,2
0,66cos
tt
tt
tb
kVA
P
S

  

Công suất phản kháng của phụ tải nhóm 4:

4 4 4
37,1.tan(.ta arcn(arcc cos(0,66)) 42os ,2)

tt tt tb
QP kVAr



Của toàn nhóm phụ tải động lực.
Công suất tác dụng tính toán của nhóm phụ tải động lực:

1 2 3 4
48,7 30,9 82,2 37,1).0,9 179( ). (
ttdl tt tt tt tt dt
kP P P P P k W        
(vì phân xưởng
có 4 tủ động lực nên k
đt
= 0,9)
Hệ số công suất trung bình của nhóm phụ tải động lực:
1 2 3 4
1 2 3 4
48,7 30,9 82,2 37,1
73,8 46,8 122,7 56,
cos 0,
2
66
i
tt tt tt tt
tbdl
i tt tt tt tt
P
P P P P

S S S S S

  
   
  
  
  



Công suất tính toán của nhóm phụ tải động lực:
Đồ án Cung cấp điện

Sinh viên Vũ Thị Châu Page 14


cos
179
271
0,6
2
6
,
ttdl
ttdl
tbdl
P
VS kA

  

Công suất phản kháng tính toán của nhóm phụ tải động lực:
.tan(arccos ) 179.tan(arccos(0,66)) 203,8
ttdl ttdl tbdl
Q P kVAr

  

2.4. Tổng hợp phụ tải.
Phụ tải
P
tt
(kV)
Chiếu sáng 15,1
Thông thoáng và làm mát 2,83
Động lực 179
Tổng 196,9

Vì phụ tải chiếu sáng chiếm một tỉ lệ nhỏ hơn rất nhiều so với phụ tải động lực nên ta
xem các phụ tải hoạt động đồng thời.
Vậy phụ tải tính toán của phân xưởng là:


196,9
tt
kP W



Hệ số công suất trung bình của toàn phân xưởng:

179.0,66
.cos
cos 0
2,83.0,8 15,1.1
198,
,69
9
tti tbi
tb
tti
P
P



  




Công suất phản kháng tính toán của phụ tải:
.tan(arccos ) 196,9.tan(arccos(0,69)) 206,5
tt tt tb
Q P kVAr

  

Công suất tính toán của phụ tải:
196,9
cos 0,6

28 ,4
9
5
tt
tt
tb
P
kAS V

  

Chương 3: Tính chọn tụ bù nâng cao hệ số công suất.
Hệ số công suất Cosφ là một chỉ tiêu để đánh giá xí nghiệp có dùng điện hợp lí
và tiết kiêm hay không. Hệ số công suất nước ta nói chung còn đang rất thấp từ
0,6÷0,7 chúng ta cần phấn đầu nâng cao dần lên( trên 0,9). Trong đồ án thì hệ số công
suất của xí nghiệp là 0,69 và yêu cầu cần nâng lên cosφ = 0,9. Ngoài nâng cao hệ số
công suất cosφ tự nhiên thì người ta thường sử dụng phương pháp bù công suất phản
kháng. Khu bù công suất phản kháng thì góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong
mạch sẽ nhỏ đi, hệ số công suất của mạng tăng lên. Giữa P,Q,φ có mối quan hệ:
Đồ án Cung cấp điện

Sinh viên Vũ Thị Châu Page 15


arctan
Q
P



Khi lượng P không đổi, nhờ có bù công suất phản kháng lượng Q truyền tải trên
đường dây giảm xuống, do đó φ giảm kết quả hệ số công suất tăng lên.
3.1. Xác định dung lượng bù cần thiết.
Hệ số công suất cosφ của xí nghiệp là:
cos 0,69 tan 1,05
tb tb

  

yêu cầu nâng lên:
cos 0,9 tan 0,48
sb sb

  
.
Dung lượng bù cần thiết được xác định theo công thức:

.(tan tan )
b tt tb sb
QP




Trong đó:
-
:
tt
P
công suất tính toán của phụ tải xí nghiệp.

-
tan :
tb

tương ứng với cosφ
tb
.
-
tan :
sb

tương ứng với cosφ
sb
.
Vậy:
196,9.(tan( cos(0,69)) tan( cos(0,9))) 111,2
b
aQ rc arc kVAr


.
Công suất phản kháng tính toán sau khi bù là:

206,5 111,2 95,3
tb sb
Q Q Q kVAr

   

Công suất tính toán sau bù là:

19
cos
6,9
218,8
0,9
tt
ttsb
sb
P
S kVA

  

3.2. Lựa chọn vị trí đặt tụ bù.
Để bù công suất phản kháng của hệ thông cung cấp điện người ta thưởng sử
dụng tụ điện tĩnh , máy bù đông bộ, động cơ không đồng bộ làm việc ở chế độ quá
khích ở đây ta lựa chọn tụ bù tĩnh là thiết bị bù cho phân xưởng. Tụ điện có ưu điểm
là: có thể phân chia tách ra để bù những vị trí cần thiết ; có thể làm việc với điện áp
cao bằng cách ghép nhiều bộ tụ; lượng Q phát ra phụ thuộc vào điện áp lưới nên khi bị
sự cố 1 bộ thì các bộ khác vẫn làm việc; tổn thất công suất tác dụng ít =0,5% dung
lượng danh định; ít thay đổi theo dung lượng có thể vận hành với mọi công suất; giá
thành rẻ và dễ dàng vận hành. Tuy nhiên thì tụ bù có nhược điểm là: chỉ điều chỉnh
điện áp theo từng cấp cố định bằng cách đóng ngắt từng bộ tụ điện nhỏ;nhanh bị hỏng.
Đồ án Cung cấp điện

Sinh viên Vũ Thị Châu Page 16

Vị trí đặt các thiết bị bù ảnh hưởng rất nhiều đến hiệu quả bù. Thiết bị bù có
thể đặt ở thanh cái trạm biến áp phân xưởng (0,4 kV) hoặc thanh cái trạm biến áp

trung tâm (6÷35 kV) dễ quản lí vận hành và giảm vốn đầu tư. Thiết bị cũng có thể
đặt phân tán thành từng nhóm nhỏ tại các tủ động lực trong phân xưởng, trường
hợp động cơ công suất lớn tiêu thụ nhiều Q có thể đặt ngay tại các động cơ đó.Tuy
nhiên thì việc đặt thiết bị bù ở hạ áp không phải lúc nào cũng có lợi, bởi giá tiền
1kVAr tụ ở hạ áp thường đắt gấp 2 lần 1kVAr tụ ở 6÷35 kV.
Vậy ta chọn phương án bù tại các tủ động lực 1,2,3,4.
Chương 4. Xác định sơ đồ cấp điện cho phân xưởng
4.1. Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng.
Vị trí trạm biến áp phải thỏa mãn yêu cầu:
- An toàn và liên tục cấp điện.
- Gần trung tâm phụ tải, thuận tiện cho nguồn cung cấp điện đi tới.
- Thao tác, vận hành, quản lí dễ dàng.
- Phòng nổ, cháy, bui bặm, khí ăn mòn.
- Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành.
Vị trí của trạm biến áp phân xưởng có thể độc lập với bên ngoài, liền kề với
phân xưởng hoặc đặt bên trong phân xưởng. Về lí thuyết phải chọn vị trí đặt trạm tại
tâm của phụ tải tuy nhiên căn cứ vào sơ đồ bố trí các thiết bị phụ tải được phân bố với
mật độ cao trong nhà xưởng nên không thể chọn phương pháp này. Ở góc nhà gần cửa
ra vào không có phụ tải nên ta chọn đặt máy biến áp ở bên trong phân xưởng ngay sát
cạnh tường để tiết kiệm dây dẫn.

Hình 4.1. Vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng.
4.2. Chọn công suất và số lượng máy biến áp.
TBA
Đồ án Cung cấp điện

Sinh viên Vũ Thị Châu Page 17

Khi chọn số lượng máy biến áp nên đặt 1 máy là tốt nhất , khi cần thiết có thể
đặt thêm 2 máy không nên đặt quá 2 máy biến áp.

- Trạm 1 máy : Tiết kiệm diên tích, vận hành đơn giản nhưng không đảm bảo độ
tin cậy cung cấp điện như trạm 2 máy.
- Trạm 2 máy: thường có lợi về mặt kinh tế.
- Trạm 3 máy: Chỉ dùng trong trường hợp đặc biệt.
Việc quyết định lực chọn số lượng máy biến áp còn dựa vào yêu cầu phụ tải:
- Phụ tải I: Được cấp từ 2 nguồn độc lập. Nếu hộ loại I nhận điện từ một trạm
biến áp thì trạm đó cần phải có 2 máy và mỗi máy đấu vào một phân đoạn
riêng, giữa các phân đoạn phải có thiết bị đóng cắt tự động.
- Phụ tải II: nhận điện từ một trạm thì trạm đó cũng phải có hai máy biến áp hoặc
trạm đó có một máy hoạt động và một máy để dự phòng nguội.
- Phụ tải III: Trạm chỉ cần một máy biến áp.
Để chọn dung lượng máy biến áp : Về lí thuyết nên chọn theo chi phí vận hành
nhỏ nhất là hợp lí. Tuy nhiên còn nhiều yếu tố ảnh hưởng tới dung lượng máy biến áp
như: trị số phụ tải, cosφ, mức bằng phẳng của đồ thị phụ tải.
4.2.1. Các phương án.
Công suất tính toán sau bù :
218,8
ttsb
S kVA

- Phương án 1:
Chọn một máy biến áp:
mba ttsb
SS

Vậy chọn một máy biến áp TBD có S
đm
= 250 kVA.
- Phương án 2:

()
( max ).
mba b qt t I II
S S k S

  

Trong đó:
:
mba
S
Tổng công suất của máy biến áp.
max :
B
S
Công suất lớn nhất của máy biến áp.
()
:
t I II
S

Công suất của phụ tải loại I và loại II.

:
qt
k
hệ số quả tải với k
qt
= 1,4.
Công suất của phụ tải loại I:

0,7. 0,7 218,8 53,2. 1
I ttsb
kASS V

Đồ án Cung cấp điện

Sinh viên Vũ Thị Châu Page 18

Công suất máy biến áp tính toán là:
153,2
109,4
1,4
I
mba
qt
S
S kVA
k
  

Vậy chọn hai máy biến áp TBD có S
đm
= 160 kVA.
Các tham số của máy biến áp TBD được tra theo giáo trình cung cấp điện của thầy
Phạm Anh Tuân:
Bảng 4.1. các thông số của máy biến áp.
Sơ cấp Thứ cấp
2x160 22 0,4 1,47 0,49 2,821 4,6 53,33 139,15
250 22 0,4 1,27 0,63 4,249 4,34 32,9 84,02
R

B
(Ω)
X
B
(Ω)
Điện áp
Công suất(kVA)
I
0
%
ΔP
0
(kW)
ΔP
N
(kW)
U
N
%
4.2.2. So sánh kinh tế các phương án.
Dưới góc độ an toàn kĩ thuật, các phương án không ngang nhau về độ tin cậy cung
cấp điện. Đối với phương án 1 khi có sự cố xảy ra ở 1 trong 2 máy biến áp, máy còn lại sẽ
phải gánh toàn bộ phụ tải loại I và II của phân xưởng, đối với phương án 3 sẽ phải ngừng
cung cấp điện cho toàn phân xưởng. Vì vậy khi so sánh kinh tế cần phải xét đến thiệt hại
do mất điện khi có sự cố xảy ra trong các máy biến áp.
Xét hàm chi phí tính toán hằng năm:

( ). .
tc vh th
Z a a k Ac Y


    

Trong đó:
-
:
tc
a
hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn hằng năm.
-
:
vh
a
hệ số vận hành và bảo dưỡng.
-
:k
vốn đầu tư máy biến áp.
-
:A
tổn thất điện năng trong máy biến áp.
-
:c

giá thành tổn thất điện năng.
-
:.
th th th th
Y Y A g
thiệt hại do thiếu điện.
:

th
A
điện năng thiệt hại hằng năm do mất
điện,
:
th
g
giá thành thiệt hại khi mất điện.
Hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn đầu tư:

25
25
.(1 ) 0,12.(1 0,12)
0,127
(1 ) 1 (1 0,12) 1
h
h
T
tc
T
ii
a
i

  
   


:
h

T
là tuổi thọ của trạm biến áp lấy bằng 25 năm.
Đồ án Cung cấp điện

Sinh viên Vũ Thị Châu Page 19


:i
hệ số chiết khấu (= 12%).
Hệ số khấu hao:

6,4%
kh
a 
số liệu được lấy theo bảng 5.pl.a.một số tham số kinh tế của mạng điện –
giáo trình bài tập cung cấp điện – Trần Quang Khánh.
Tổn thất trong máy biến áp:

2
0
2
1
. . . .( ).
ttsb
N
dm
S
A n P t P
nS


    

Trong đó:
-
:n
số máy biến áp.
-
:t
thời gian hoạt động của máy biến áp.
-
:

thời gian tổn thất công suất cực đại :
42
max
(0,124 .10 ) .8760T




max
:T
là thời gian sử dụng công suất cực đại.
Với T
max
= 4500h , thời gian tổn thất công suất cực đại:

4
(0,124 4500.10 ).876 28860 h



  

Thời gian mất điện : t
md
=30 h mất điện không quá 3 ngày mỗi ngày không quá 6 h.

a. Phương án 1:
- Tổn thất điện năng hằng năm trong máy biến áp:
2
2
2
0
2
218,8
0,63.(8760 30) 4,249. .2886 14892,8
250
1
. .(8760 ) ( . ).
ttsb
md N
dm
S
A n P t P
nS
kWh


   





- Chi phí tổn thất điện năng hằng năm trong máy biến áp:

6
14892,8.1500 22. .10 dAc

 

- điện năng thiệt hại hằng năm do mất điện:
196,9.3. 0 5907
th tt md
AP kWht 

- chi phí thiệt hại hằng năm do mất điện:

6
5907.80. 00 47.10
th th th
dY A g 

- chi phí tính toán hằng năm:
6 6 6
( ). . (0,127 0,06 198,599 22.10 47.10 107.1). 04
tc vh th
Z a a k Ac Y d        

Chi phí mua máy biến áp được lấy theo bảng báo giá của công ty cổ phần thiết
bị điện việt nam.

b. Phương án 2:
Đồ án Cung cấp điện

Sinh viên Vũ Thị Châu Page 20

Công suất của phụ tải loại I trong mạng điện: S
I
= 196,9 kVA .Khi một máy biến
áp ngừng hoạt động máy biến áp còn lại có thể hoạt động với công suất:
. 160.1,4 22 218,84
dm qt ttsb
S S k kVA AS kV    
. Nên chi phí thiệt hại do mất điện
bằng 0. Các tham số còn lại được tính toán tương tự như phương án 1 kết quả được
tổng hợp ở bảng 4.2.
Bảng 4.2. kết quả tính toán kinh tế của các phương án.
phương án
a
tc
a
vh
k(10
6
d)
τ ΔA(kWh)
ΔA.C(10
6
d)
A
th

(kWh) Y
th
(10
6
d)
Z(10
6
d)
1 0,127 0,064 198,599 2886 14892,8 22 5907 47 107
2 0,127 0,064 276,594 2886 16167,8 24 0 0 77

Từ kết quả trên ta thấy rằng phương án 2 có lợi hơn về mặt kinh tế, vậy phương
án 2 là phương án tối ưu: chọn 2 máy biến áp 160 kVA .
4.3. Lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu.
Yêu cầu khi nối dây của mạng điện hạ áp là:
- Đảm bảo độ tin cậy theo hộ phụ tải.
- Thuận tiện vận hành.
- Chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật tối ưu.
- Cho phép sử dụng lắp đặt nhanh.
Thường sử dụng sử dụng sơ đồ hình tia và sơ đồ dây chính: trong phân xưởng
thông thường tách biệt hai mạng động lực và mạng chiếu sáng.
Sơ đồ hình tia: thường dùng để cung cấp cho các động cơ công suất nhỏ nằm ở vị
trí khác nhau của phân xưởng đồng thời cung cấp cho động cơ công suất lớn.
Sơ đồ đường dây chính : khác với sơ đồ hình tia là mỗi mạch của sơ đồ cung cấp
cho một số thiết bị nằm trên đường đi của nó để tiết kiệm dây. Ưu điển của phương án
này là: cho phép lắp đặt nhanh chóng số hộ dùng điện mới,giá thành rẻ hơn mạng hình
tia nhưng lại có độ tin cậy kém hơn và dòng ngắn mạch cao hơn sơ với sơ đồ hình tia.
Với phân xưởng sản xuất ta chọn sơ đồ hình tia,để 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 cạnh tường phân xưởng, mỗi tủ động lực cấp điện

cho các nhóm phụ tải đã phân nhóm ở trên. Căn cứ vào sơ đồ mặt bằng tiến hành xem
xét 2 phương án sau :
Phương án 1: Đặt tủ phân phối tại trung tâm phụ tải và từ đó kéo cáp đến từng tủ
động lực.
Đồ án Cung cấp điện

Sinh viên Vũ Thị Châu Page 21

Phương án 2: Đặt tủ phân phối tại góc xưởng và kéo đường cáp đến từng tủ động
lực.
Xác định dây dẫn từ nguồn tới trạm biến áp phân xưởng:
Dòng điện chạy trong dây dẫn từ nguồn tới trạm biến áp phân xưởng:

max
6
3. 3.2
2 ,8
2
18
ttsb
dm
A
S
I
U
  

Tiết diện dây dẫn chọn theo J
kt
, với T

max
= 4500 h thì j
kt
= 1,1 A/mm
2
đối với
dây nhôm trần.
Tiết diện tính toán là:
2
max
55
6
1,
,
1
tt
kt
I
F mm
J
  
.
Để thỏa mãn điều kiện vầng quang thì chọn AC-35 có I
cp
= 175A( số liệu được
tra theo bảng I.3.23- quy phạm trang bị điện2006).
00
0,85 / ; 0,414 /R km X km   
(số liệu được tra theo bảng 17.pl-bài tập
cung cấp điện- Trần Quang Khánh).

Tổn thất điện áp trên đường dây:

00
196,9.0

. .0
,85 95
,
,3.0,414
150 1,4
22
tt ttsb
N MBA
dmT
P R Q X
U L V
U



   

Trong đó L: là khoảng cách từ nguồn tới phân xưởng.
Tổn thất điện năng trên đường dây:

2
2
0
22
218,

. . . .0,85.0,15.2886
22
8
36,4
ttsb
dmT
S
A R l kWh
U

   

Chi phí tổn thất điện năng:

6
54600 0,0546.1. 36, 04.1500CA ddc

 

Vốn đầu tư xây dựng đường dây trung áp: với AC-35 thì k
0
=80,75(số liệu được
tra theo bảng 5.pl.b- bài tập cung cấp điện- Trần Quang Khánh).
0
6
. 80,75.0,15 12.10k k L d  

Hệ số tiêu chuẩn đối với đường dây:
15
15

(1 ) 0,12(1 0,12)
0,147
(1 ) 1 (1 0,12) 1
T
tc
T
ii
a
i

  
   

Chi phí tính toán hằng năm:

66
( ). (0,147 0,03).12.10 2.46 0 1050
tc kh
Z a a K C d      


0,03
kh
a 
đối với đường dây.
Phương án 1: Đặt tủ phân phối tại trung tâm phân xưởng.
Đồ án Cung cấp điện

Sinh viên Vũ Thị Châu Page 22

Hình 4.3.1. sơ đồ đặt tủ phân phối và tủ động lực của phương án 1.
Phương án 2: Đặt tử phân phối tại góc phân xưởng.
TBA
TPP
TÐL2
TÐL1
TÐL3
TÐL4
Đồ án Cung cấp điện

Sinh viên Vũ Thị Châu Page 23


Hình 4.3.2. Sơ đồ đặt tủ phân phối và tủ động lực của phương án 1.
a. Lựa chọn dây dẫn cho các phương án:
Lựa chọn phương pháp chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng:

1 2 max
. . .
cp qt
k k I I k

Trong đó :
-
max
:I
Dòng điện cực đại lâu dài đi trong dân dẫn.
-
1

:k
Hệ số hiệu chỉnh kể đến nhiệt độ môi trường xung quanh khác tiêu chuẩn
1
1k 
.
-
2
:k
Hệ số hiệu chỉnh xét tới điều kiện làm mát ( tỏa nhiệt) khác tiêu chuẩn (
phụ thuộc vào số lượng đường dây cáp đứng cạnh nhau) chọn k
2
=1.
TBA
TÐL2
TÐL1
TÐL3
TÐL4
TPP
Đồ án Cung cấp điện

Sinh viên Vũ Thị Châu Page 24

-
:
qt
k
Hệ số quá tải với phụ tải công nghiệp thì
1,3 1,4
qt
k 

chọn :
1,3
qt
k 
.
Từ trạm biến áp đến tủ phân phối :
- Dòng điện cực đại trên dây dẫn từ TBP-TPP:
max
218,
3. 3.0,38
8
332
ttsb
dm
S
I A
U
  

- Dòng cho phép tính toán:
max
332.1,3 4. 32 475
cptt q cpt
II A I Ak   
.
Vậy chọn cáp XLPE-240 có
00
0,0754 ( / ); 0,0612( / )km X mR k   
. Số liệu được
lấy từ nhà sản xuất : Tanage cable industries.Sdn.Bhd.

Từ tủ phân phối đến tủ động lực 1:
- Dòng điện cưc đại chạy trên dây dẫn:

1
max
3.
73,8
112
3.0,38
tdl
dm
I
U
A
S
  

- Dòng điện cho phép tính toán:
max
112.1,3 1. 46 160
cptt q cpt
II A I Ak   
.
Vậy chọn cáp XLPE-35 có :
00
0,524 ( / ); 0,0652 ( / )km X kR m  
. Số liệu được lấy
từ nhà sản xuất : Tanage cable industries.Sdn.Bhd.
Từ tủ phân phối đến tủ động lực 2:
- Dòng điện cực đại chạy trên dây dẫn:

2
max
3.
46,8
71
3.0,38
tdl
dm
S
I
U
A  

- Dòng điện cho phép tính toán:
max
71.1,3 92 100.
cptt t cpq
I I k A I A  
.
Vậy chọn cáp XLPE-16 có:
00
1,15 ( / ); 0,0761 ( / )km X kR m  
Số liệu được lấy từ
nhà sản xuất : Tanage cable industries.Sdn.Bhd.
Từ tủ phân phối đến tủ động lực 3
- Dòng điện cực đại chạy trên dây dẫn:

3
max

122,7
3. 3.0,38
186
tdl
dm
A
S
I
U
  

- Dòng điện cho phép tính toán:
max
. 186.1,3 242 285
cptt qt cp
I I k A I A    
.
Vậy chọn cáp XLPE-95 có:
00
0,193 ( / ); 0,0612 ( / )km X kR m  
Số liệu được lấy
từ nhà sản xuất : Tanage cable industries.Sdn.Bhd.
Đồ án Cung cấp điện

Sinh viên Vũ Thị Châu Page 25

Từ tủ phân phối đến tủ động lực 4
- Dòng điện chạy trên dây dẫn:
4
max

3.
56,2
85
3.0,38
tdl
dm
S
I
U
A  

- Dòng điện cho phép tính toán :
max
. 85.1,3 111 135
cptt qt cp
I I k A I A    
.
Vậy chọn cáp XLPE-25 có:
00
0,727 ( / ); 0,0679 ( / )R km X km   
Số liệu được lấy
từ nhà sản xuất : Tanage cable industries.Sdn.Bhd.
a. Phương án 1.
Phân bố dung lượng bù cho các tủ động lực của phương án 1:
- Điện trở tương đương:
1 2 3 4
11
1 1 1
0,009 0,0
1 1 1

18 0,003 0
11
0,002
,011
td
TPP TDL TPP TDL TPP TDL TPP TDL
R
R R R R
   

     


Các giá trị
1 2 3 4
; ; ;
TPP TDL TPP TDL TPP TDL TPP TDL
R R R R
   
được tính ở trong bảng 4.3.2.
Dung lượng bù tại các tủ động lực được xác định theo công thức:
( ).
td
bi i b
i
R
Q Q Q Q
R

  

Trong đó:

:
bi
Q
Dung lượng bù tại ví trí thứ i.

:
i
Q
công suất phản kháng tại vị trí i trước khi bù.

:Q

tổng công suất phản kháng của các tủ động lực.

:
b
Q

tổng dung lượng cần bù.

:
td
R
điện trở tương đương.

:
i

R
điện trở tại nhánh thứ i.
công suất phản kháng sau khi bù:
sbi tb b
Q Q Q

- Dung lượng bù tại tủ động lực 1:
11
1
0,002
55,4 (203,8( 111,2). 34,8
0,009
).
td
bTDL TDL b
TPP TDL
R
Q Q Q Q kVAr
R


      