Đồ án môn thiết kế hệ thống cung cấp

PHIẾU GIAO ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
NỘI DUNG

Mặt bằng bố trí thiết bị của nhà xưởng:

Ký hiệu và công suất đặt của thiết bị trong nhà xưởng:
(Lưu ý: hệ số ksd của mỗi máy cộng thêm M/100, công suất mỗi máy cộng thêm N/5
(kW) – với MN là hai chữ số cuối cùng của MSV)


Số hiệu trên sơ đồ

Tên thiết bị

Hệ số ksd

cosϕ

Công suất đặt P
(kW)

1; 7;10; 20; 31, 32

Quạt gió

0,35

0,67

3+ 4+ 5,5+ 6+ 6+6

2; 3

Máy biến áp hàn, εđm= 0,65

0,32

0,58

7,5+ 10

4; 19; 27

Cần cẩu 10 T, εđm =0,4

0,23

0,65

11+ 22+ 30

5; 8

Máy khoan đứng

0,26

0,66

2,8+ 5,5

6; 25; 29

Máy mài

0,42

0,62

1,1+ 2,2+ 4,5

9; 15

Máy tiện ren

0,30

0,58

2,8+ 5,5

11; 16

Máy bào dọc

0,41

0,63

10+12

12; 13; 14

Máy tiện ren

0,45

0,67

6,5+ 8+10

17

Cửa cơ khí

0,37

0,70

1,5

18; 28

Quạt gió

0,45

0,83

8,5+12

21; 22; 23; 24

Bàn lắp ráp và thử nghiệm

0,53

0,69

10+12+16+18

26; 30

Máy ép quay

0,35

0,54

5,5+7,5

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
1. Xác định phụ tải tính tốn cho nhà xưởng
2. Đề xuất các phương án cấp điện và so sánh kinh tế-kỹ thuật để lựa chọn phương án cấp điện
3. Thiết lập sơ đồ cấp điện và lựa chọn các phần tử trong sơ đồ


4. Tính tốn, lựa chọn hệ thống chống sét và nối đất.
5. Thiết kế hệ thống bù công suất phản kháng cho nhà xưởng
Bản vẽ:

1. Sơ đồ mặt bằng cấp điện cho nhà xưởng
2. Sơ đồ nguyên lý cấp điện cho nhà xưởng
3. Sơ đồ bố trí hệ thống nối đất & chống sét cho nhà xưởng

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN


DANH MỤC BẢNG
BẢNG 1.1: KÝ HIỆU VÀ CÔNG SUẤT ĐẶT CỦA THIẾT BỊ TRONG NHÀ XƯỞNG........4
BẢNG 1.2: CÁC THIẾT BỊ NHÓM 1........................................................................12
BẢNG 1.3: CÁC THIẾT BỊ NHÓM 2........................................................................15
BẢNG 1.4: CÁC THIẾT BỊ NHÓM 3........................................................................18
BẢNG 1.5: CÁC THIẾT BỊ NHÓM 4........................................................................21
BẢNG 1.6: KẾT QUẢ TÍNH TỐN PHỤ TẢI ĐỘNG LỰC CỦA 4 NHĨM.....................23
BẢNG 2.1: THƠNG SỐ MÁY BIẾN ÁP....................................................................29
BẢNG 2.2: KẾT QUẢ CHỌN CÁP THEO PHƯƠNG ÁN 1..........................................39
BẢNG 2.3: KẾT QUẢ TÍNH TỐN THEO PHƯƠNG ÁN 1.........................................41
BẢNG 2.4: KẾT QUẢ CHỌN CÁP THEO PHƯƠNG ÁN 2..........................................42
BẢNG 2.5: KẾT QUẢ TÍNH TỐN THEO PHƯƠNG ÁN 2.........................................43
BẢNG 2.6: KẾT QUẢ CHỌN CÁP THEO PHƯƠNG ÁN 3..........................................44
BẢNG 2.7: KẾT QUẢ TÍNH TỐN THEO PHƯƠNG ÁN 3.........................................45
BẢNG 2.8: SO SÁNH THÔNG SỐ VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN..........................................46
BẢNG 2.9: DÂY DẪN TỪ TỦ ĐỘNG LỰC ĐẾN THIẾT BỊ TỪNG NHĨM....................49
BẢNG 3.1: THƠNG SỐ MÁY BIẾN ÁP....................................................................51
BẢNG 3.2: DỊNG NGẮN MẠCH TRÊN TỪNG TỦ ĐỘNG LỰC..................................55
BẢNG 3.3: THƠNG SỐ TÍNH TỐN CỦA TỪNG PHỤ TẢI........................................57
BẢNG 3.4: DỊNG NGẮN MẠCH TẠI CÁC ĐIỂM NGẮN MẠCH PHỤ TẢI...................59
BẢNG 3.5: THÔNG SỐ CỦA CẦU CHÌ....................................................................60
BẢNG 3.6: THƠNG SỐ CỦA DAO CÁCH LY...........................................................60
BẢNG 3.7: THÔNG SỐ CỦA MÁY CẮT...................................................................61

BẢNG 3.8: THÔNG SỐ CỦA VAN CHỐNG SÉT.......................................................62
BẢNG 3.9: THÔNG SỐ TỦ PHÂN PHỐI...................................................................63
BẢNG 3.10: THÔNG SỐ CỦA TỦ ĐỘNG LỰC.........................................................63
BẢNG 3.11: THÔNG SỐ THANH CÁI CỦA CÁC TỬ DỘNG LỰC...............................65


BẢNG 3.12: THÔNG SỐ SỨ ĐỠ THANH CÁI CỦA TỦ PHÂN PHỐI...........................66
BẢNG 3.13: THÔNG SỐ SỨ ĐỠ THANH CÁI CỦA TỦ ĐỘNG LỰC............................66
BẢNG 3.14: THÔNG SỐ APTOMAT CỦA TỦ CHIẾU SÁNG LÀM MÁT......................67
BẢNG 3.15: THÔNG SỐ APTOMAT CỦA TỦ PHÂN PHỐI........................................67
BẢNG 3.16: THÔNG SỐ APTOMAT CỦA TỦ ĐỘNG LỰC.........................................68
BẢNG 3.17: KẾT QUẢ LỰA CHỌN APTOMAT CHO TỪNG TỦ ĐỘNG LỰC...............69
BẢNG 3.18: THƠNG SỐ CỦA MÁY BIẾN DỊNG.....................................................69
BẢNG 3.19: THƠNG TIN SỐ CẢU AMPEMET.........................................................70
BẢNG 3.20: THÔNG SỐ VOL KẾ...........................................................................70
BẢNG 4.1: KIM THU SÉT ESE-15........................................................................75


DANH MỤC SƠ ĐỒ
SƠ ĐỒ 1: MẶT BẰNG CHIẾU SÁNG..........................................................................6
SƠ ĐỒ 2: MẶT BẰNG BỐ TRÍ THIẾT BỊ..................................................................10
SƠ ĐỒ 3: VỊ TRÍ ĐẶT TRẠM BIẾN ÁP.....................................................................27
SƠ ĐỒ 4: SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN PHƯƠNG ÁN 1.............................................................32
SƠ ĐỒ 5: SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN PHƯƠNG ÁN 2.............................................................33
SƠ ĐỒ 6: SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN PHƯƠNG ÁN 3.............................................................34
SƠ ĐỒ 7: SƠ ĐỒ MẶT BẰNG ĐI DÂY CHO TỪNG THIẾT BỊ.....................................77
SƠ ĐỒ 8: NGUYÊN LÝ CẤP ĐIỆN...........................................................................78
SƠ ĐỒ 9: NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT.............................................................................79

LỜI MỞ ĐẦU
Mục đích thiết kế: Cung cấp nguồn điện ổn định, tin cậy cho nhà máy, xí
nghiệp và doanh nghiệp để hỗ trợ các hoạt động sản xuất của nhà máy. Hệ thống
này cần được thiết kế sao cho đảm bảo khả năng cung cấp điện liên tục và ổn
định để tránh các sự cố và giảm thiểu thời gian ngừng sản xuất. Ngoài ra, hệ
thống cung cấp điện cần đáp ứng được nhu cầu công suất và điện năng của các
thiết bị và máy móc trong nhà máy, đồng thời phải đảm bảo an toàn và tuân thủ
các quy định và tiêu chuẩn liên quan đến điện. Mục đích của thiết kế hệ thống
cung cấp điện cho nhà máy là tối ưu hóa hoạt động sản xuất của nhà máy và đảm
bảo hiệu quả kinh tế cao nhất cho doanh nghiệp.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của hệ thống cung
cấp điện cho nhà máy là các thiết bị, máy móc và hệ thống điện liên quan đến
hoạt động sản xuất của nhà máy. Nghiên cứu này tập trung vào việc thiết kế,
triển khai và vận hành hệ thống cung cấp điện để đảm bảo khả năng cung cấp
điện liên tục và ổn định cho các hoạt động sản xuất. Phạm vi nghiên cứu bao
gồm các yếu tố kỹ thuật, cơng nghệ, an tồn và hiệu quả kinh tế của hệ thống
cung cấp điện cho nhà máy. Nghiên cứu cũng có thể bao gồm các yếu tố liên
quan đến môi trường, chẳng hạn như tối ưu hóa sử dụng năng lượng và giảm
thiểu tác động của hoạt động sản xuất đến môi trường.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: Hệ thống cung cấp điện trong nhà
máy có ý nghĩa khoa học và thực tiễn rất lớn. Về mặt khoa học, nghiên cứu và
phát triển hệ thống cung cấp điện trong nhà máy đóng góp vào việc phát triển
các cơng nghệ mới, nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và giảm thiểu tác
động của hoạt động sản xuất đến môi trường. Hệ thống cung cấp điện trong nhà
máy cũng là một trong những lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong ngành kỹ
thuật điện.


Về mặt thực tiễn, hệ thống cung cấp điện trong nhà máy là một phần quan trọng
trong hoạt động sản xuất của doanh nghiệp. Nó đảm bảo khả năng cung cấp điện

liên tục và ổn định để tránh các sự cố và giảm thiểu thời gian ngừng sản xuất. Hệ
thống cung cấp điện cũng đóng vai trị quan trọng trong việc tối ưu hóa hoạt
động sản xuất của nhà máy và đảm bảo hiệu quả kinh tế cao nhất cho doanh
nghiệp. Ngoài ra, hệ thống cung cấp điện trong nhà máy cũng giúp bảo vệ an
toàn cho nhân viên và thiết bị trong quá trình sản xuất.


CHƯƠNG 1


1

CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TỐN CHO NHÀ XƯỞNG
Tính tốn phụ tải điện:
Số hiệu trên
sơ đồ
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

15
16
17
18
19
20
21
22

Tên thiết bị

Hệ số ksd

cosϕ

Quạt gió
Máy biến áp
hàn, εđm=
0,65
Máy biến áp
hàn, εđm=
0,65
Cần cẩu 10 T,
εđm =0,4
Máy khoan
đứng
Máy mài
Quạt gió
Máy khoan
đứng

Máy tiện ren
Quạt gió
Máy bào dọc
Máy tiện ren
Máy tiện ren
Máy tiện ren
Máy tiện ren
Máy bào dọc
Cửa cơ khí
Quạt gió
Cần cẩu 10 T,
εđm =0,4
Quạt gió
Bàn lắp ráp
và thử
nghiệm
Bàn lắp ráp
và thử
nghiệm

0,35

0,67

Công suất đặt
P (kW)
3,2

0,32

0,58

7,7

0,32

0,58

10,2

0,23

0,65

11,2

0,26

0,66

3

0,42
0,35

0,62
0,67

1,3
4,2

0,26

0,66

5,7

0,30
0,35
0,41
0,45
0,45
0,45
0,30
0,41
0,37
0,45

0,58
0,67
0,63
0,67
0,67
0,67
0,58
0,63
0,70
0,83

3

5,7
10,2
6,7
8,2
10,2
5,7
12,2
1,7
8,7

0,23

0,65

22,2

0,35

0,67

6,2

0,53

0,69

10,2

0,53

0,69

12,2


2

Bàn lắp ráp
23
và thử
0,53
0,69
16,2
nghiệm
Bàn lắp ráp
24
và thử
0,53
0,69
18,2
nghiệm
25
Máy mài
0,42
0,62
2,5
26
Máy ép quay
0,35
0,54

5,7
Cần cẩu 10 T,
27
0,23
0,65
30,2
εđm =0,4
28
Quạt gió
0,45
0,83
12,2
29
Máy mài
0,42
0,62
4,7
30
Máy ép quay
0,35
0,54
57,7
31
Quạt gió
0,35
0,67
6,2
32
Quạt gió
0,35

0,67
6,2
Bảng 1.1: Ký hiệu và công suất đặt của thiết bị trong nhà xưởng
2.1 Xác định phụ tải tính tốn cho toàn xưởng
2.1.1 Xác định phụ tải chiếu sáng cho toàn xưởng.
Phụ tải chiếu sáng của phân xưởng được xác định theo phương pháp suất
phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất. [1]
Cơng thức tính:
Pcs =p 0 . F

Trong đó:
-

p0: Suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích chiếu sáng (W/m2).

- F: Diện tích được chiếu sáng (m2).
Tra Phụ lục- Bảng 1.9 suất phu tải chiếu sáng cho một số phân xưởng ( trang
234 giáo trình “ Cung cấp điện”trường ĐHCNHN.) [1]
Ta lấy: p0=14 (W/m2); cosφ = 0,8.


3

Phân xưởng có diện tích:
F = 24 x 36 = 864 m2 (dài: 36m x rộng: 24m).
Phụ tải chiếu sáng cho phân xưởng sửa chữa thiết bị điện là:
Pcs= p0. F = 14. 864 = 12096 (W) = 12,096 (kW).

=> Qcs =Pcs . tanφφ = 12,096. tan[cos−1(0,8)] = 9,072 (kVAr).
=> Scs = Pcs/ cosφ = 15,12 (kVA).

Sơ đồ mặt bằng chiếu sáng sử dụng đèn sợi đốt của phân xưởng
Chọn bóng đèn sợi đốt:
- Pđm: 300W
- Điện áp đầu vào : 220V
- Số lượng : 40 cái


4

Sơ đồ 1: Mặt bằng chiếu sáng
2.1.2 Phụ tải làm mát
Xưởng được làm mát nhân tạo bằng hệ thống quạt thơng gió cho
nhà xưởng. Phụ tải thơng thống và làm mát cho phân xưởng dược tính dựa theo
lượng khí trao đổi trong khơng gian nhà xưởng. Trình tự các bước tính tốn như
sau:
Bước 1: Xác định thể tích nhà xưởng:
V = chiều dài x chiều rộng x chiều cao (m3).


5

Bước 2: Tính tổng lượng khí trao đổi:
Tg = X x V (m3/h).
Bước 3: Tính số lượng quạt thơng gió cần dùng:
N = Tg / Q (thiết bị).
Bước 4: Phụ tải tính tốn thơng thống và làm mát:
Plm=N . P đ m (kW ).

Trong đó:
 X: là số lần thay đổi khơng khí (lần/ giờ).

 Q: là lưu lượng gió của quạt (m3/h).
 Pđm: là công suất định mức của một thiết bị (kW).
Ta có số liệu của phân xưởng:
Thể tích phân xưởng:
V= 36 x 24 x 8 = 6912 m3 (Dài: 36m; rộng: 24m; cao: 8m).
Đối với phân xưởng sửa chữa thiết bị điện thì số lần thay đổi khí: X = 40
(lần/giờ)
Tổng lượng khí trao đổi:
Tg = X x V = 40 x 6912 = 276480 (m3/h).


6

Sử dụng quạt thơng gió cơng nghiệp 1000x1000 với các thông số kỹ thuật sau:
Model
AFK - 1000

Điện áp 3p

Lưu lượng gió

Kích thước

Cơng suất

Ud (V)
380

Q (m3/h)
30000

(m)
1x1x0,4

Pđm (kW)
0,55

Số lượng quạt cần dùng cho phân xưởng:
N = Tg/Q = 276480/30000 = 9,216 (thiết bị).
Để đảm cho việc làm mát và thơng thống, ta chọn số lượng quạt là N = 10
Phụ tải thông thoáng và làm mát:
Plm=N . P đ m = 10.0,55 = 5,5 (kW).

Quạt thơng gió model AFK-1000 sử dụng động cơ dây đồng 100% hiệu suất cao
cosφ= 0,9.
=> Qlm=Plm .tanφφ=5,5. tan [ cos−1 ( 0,9 ) ]=2,664 (kVAr)
=> Slm=

Plm 5,5
=
=6,111 (kVAr)
cosφ 0,9


7

2.1.3 Xác định phụ tải động lực cho phân xưởng
a) Phân nhóm các thiết bị
Phân xưởng sủa chữa thiết bị điện là có điện tích là 864m2 (Chiều
dài 36m x chiều rộng 24m) với 1 cửa ra vào chính. Bên trong phân xưởng có một

văn phịng, phần mặt bằng cịn lại là đặt thiết bị.
Nguồn cấp điện cho phân lấy từ đường dây 22kV cách phân xưởng 250m.
Phân xưởng gồm có tổng số 32 thiết bị động lực. Tồn bộ các thiết bị đều sử
dụng nguồn 3 pha và có cơng xuất khác nhau, nên cần phải phân nhóm thiết bị
điện để thuận tiếng cho việc tính tốn và xác định được phụ tải tính tốn một
cách chính xác.
Sơ đồ mặt bằng bố trí thiết bị:


8

1

2

3

4
Sơ đồ 2: Mặt bằng bố trí thiết bị
Để phân nhóm phụ tải ta dựa vào nguyên tắc sau:
+ Các thiết bị trong một nhóm phải có vị trí gần nhau trên mặt bằng ( điều
này sẽ thuận tiện cho việc đi dây tránh chồng chéo, giảm tổn thất…).
+ Các thiết bị trong nhóm nên có cùng chế độ làm việc (điều này sẽ thuận
tiện cho việc tính tốn và cung cấp điện sau này).


9

+ Các thiết bị trong nhóm nên được phân bố để tổng cơng suất của các
nhóm chênh lệch ít nhất (điều này nếu thực hiện được sẽ tạo ra tính đồng loạt

cho các thiết bị cung câp điện).
+ Ngoài ra số thiết bị trong cùng một nhóm cũng khơng nên quá nhiều vì
số đầu ra của một tủ động lực cũng bị khống chế ( thông thường số đầu ra của
các tủ động lực được chế tạo sãn cũng không quá 8).
Dựa theo nguyên tắc phân nhóm phụ tải điện đã nêu ở trên và căn cứ vào
vị trí, cơng suất thiết bị bố trí trên mặt bằng phân xưởng có thể chia các thiết bị
động lực trong phân xưởng cơ khi thành 4 nhóm phụ tải như sau:
+ Nhóm 1: 1; 2; 3; 4; 17; 18; 19; 23
+ Nhóm 2: 5; 6; 7; 8; 9; 12; 13; 14
+ Nhóm 3: 15; 21; 22; 25; 26; 29; 30; 31
+ Nhóm 4: 10; 11; 16; 20; 23; 24; 27; 28


10

b) Tính tốn phụ tải các nhóm
 Nhóm 1:

STT

1
2
3
4
5
6
7
8

Vị

Cơng suất đặt

Tên thiết bị

Hệ số ksd

cosϕ

1
2

Quạt gió
Máy biến áp

0,35
0,32

0,67
0,58

3,2
7,7

3

hàn, εđm= 0,65
Máy biến áp

0,32

0,58

10,2

4

hàn, εđm= 0,65
Cần cẩu 10 T,

0,23

0,65

11,2

17
18
19

εđm =0,4
Cửa cơ khí
Quạt gió
Cần cẩu 10 T,

0,37
0,45
0,23

0,70

0,83
0,65

1,7
8,7
22,2

23

εđm =0,4
Bàn lắp ráp và

0,53

0,69

16,2

chí

thử nghiệm
Tổng
Bảng 1.2: Các thiết bị nhóm 1
 Tống số thiết bị trong nhóm:
n=8
 Tổng cơng suất n thiết bị: ∑ Pi =¿ ¿ 81,1 kW.
 Thiết bị có cơng suất lớn nhất:
Pmax = 22,2 kW.

Ta có:

Pmax /2 = 11,1 kW

P (kW)

81,1


11

Số thiết bị có cống suất lớn hơn 11,1kW và tổng công suất của chúng là:
nφ1 = 3; P1 = 49,6 kW.

 Số thiết bị tương đối:
n∗=

nφ1 3
= 8 =¿ 0,375
nφ

 Công suất tương đối:
P ∗=

P1

∑ Pi

=¿

49,6
=¿ 0,61

81,1

 Hệ số thiết bị hiệu quả tương đối:
nφ

h p∗¿=

0,95
¿
P∗¿2
¿¿
nφ∗¿+¿¿ ¿¿

 Số thiêt bị hiệu quả:
nφh p =nφ . nφh p∗¿=8 × 0,76=6,08 ¿

 Hệ số sử dụng trung bình:
8

∑ Ptbi . K sdi

k sdtb= i=1

=0,35

8

∑ Ptbi
i=1

 Hệ số cực đại:
k max=1+1,3

√

1−k sd
=1,51
nφh p . k sd +2

 Hệ số cos φtb :
nφ

∑ P i . cos φ i

cos φtb = i=1

nφ

∑ Pi
i=1

Phụ tải tính tốn nhóm I:

=0,67