ĐỒ ÁN MÔN HỌC CUNG CẤP ĐIỆN

Đồ án môn học

1

Thiết kế cung cấp điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHƯƠNG ĐÔNG
KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN
----***---

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
CUNG CẤP ĐIỆN
Thiết kế cấp điện cho xưởng sửa chữa cơ khí

HÀ NỘI – 2010
LỜI NÓI ĐẦU


Đồ án môn học

2

Thiết kế cung cấp điện

Đất nước ta đang trong công cuộc công nhiệp hoá , hiện đại hoá . Nhu cầu
điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp , nông nghiệp , dịch vụ và sinh hoạt
tăng trưởng không ngừng đi cùng với quá trình phát triển kinh tế . Do đó đòi
hỏi rất nhiều công trình cung cấp điện . Đặc biệt rất cần các công trình có chất
lượng cao , đảm bảo cung cấp điện liên tục , phục vụ tốt các nghành trong nền
kinh tế quốc dân.
Trong đó có lĩnh vực công nghiệp là 1 trong các ngành kinh tế trọng điểm

của đất nước, được Nhà nước và Chính phủ ưu tiên phát triển vì có vai trò quan
trọng trong kế hoạch đưa nước ta trở thành nước công nghiệp vào năm 2020.
Thiết kế cung cấp điện cho nghành này vì thế là 1 công việc khó khăn, đòi hỏi
sự cẩn thận cao. Phụ tải của ngành phần lớn là phụ tải hộ loại 1, đòi hỏi độ tin
cậy cung cấp điện cao.
Dưới sự hướng dẫn của thầy ThS. Nguyễn Đức Minh, em được nhận đề
tài Thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng sửa chữa cơ khí. Đồ án bao
gồm 1 số phần chính như chọn máy và vị trí đặt trạm biến áp, chọn dây và các
phần tử bảo vệ, hạch toán công trình . Đây là một đồ án có tính thực tiễn rất
cao, chắc chắn sẽ giúp ích cho em rất nhiều trong công tác sau này.
Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã nhận được sự chỉ bảo rất tận tình
của thầy ThS.Nguyễn Đức Minh cùng các thầy cô trong khoa Hệ Thống Điện.
Em xin chân thành cảm ơn .

Hà nội, tháng 6 năm 2010
Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG I


Đồ án môn học

3

Thiết kế cung cấp điện

XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA
PHÂN XƯỞNG
I.1) Xác định phụ tải tính toán của các nhóm phụ tải.
Công suất chiếu sáng chung:

Pcsc hung = P0 .a.b = 20.(20.50) = 20(kW )

Vì dùng bóng đèn sợi đốt nên hệ số cosφ=0,9.
I.1.1) Phụ tải chiếu sáng
Tính toán phụ tải điện là công việc bắt buộc và đầu tiên trong mọi công
trình cung cấp điện. Việc này sẽ cung cấp các số liệu phục vụ cho việc thiết kế
lưới điện về sau của người kĩ sư. Phụ tải tính toán có giá trị tương đương với
phụ tải thực tế về mặt hiệu ứng nhiệt, do đó việc chọn dây dẫn hay các thiết bị
bảo vệ cho nó sẽ được đảm bảo.
Có nhiều phương pháp tính toán phụ tải điện như phương pháp hệ số nhu
cầu, hệ số tham gia cực đại. Đối với việc thiết kế cung cấp điện cho phân
xưởng sửa chữa cơ khí, vì đã có các thông tin chính xác về mặt bằng bố trí thiết
bị, biết đựoc công suất và quá trình công nghệ của từng thiết bị nên ta sử dụng
phương pháp hệ số nhu cầu để tổng hợp nhóm phụ tải động lực. Nội dung
chính của phưong pháp như sau:
- Thực hiện phân nhóm các thiết bị có trong xưởng, mỗi nhóm khoảng từ
7 – 9 thiết bị, mỗi nhóm đó sẽ được cung cấp điện từ 1 tủ động lực riêng, lấy
điện từ 1 tủ phân phối chung. Các thiết bị trong nhóm nên chọn có vị trí gần
nhau trên mặt bằng phân xưởng. Các thiết bị trong nhóm nên có cùng chế độ
làm việc , số lượng thiết bị trong 1 nhóm không nên quá 9 vì gây phức tạp
trong vận hành , giảm độ tin cậy cung cấp điện .
- Xác định hệ số sử dụng tổng hợp của nhóm thiết bị theo biểu thức sau :
ΣP .k
k sdΣ = i sdi
( 2.1 )
ΣPi
- Xác định số lượng thiết bị hiệu dụng của mỗi nhóm n hd ( là 1 số qui đổi
gồm có nhd thiết bị giả định có công suất định mức và chế độ làm việc như nhau
và tiêu thụ công suất đúng bằng công suất tiêu thụ của nhóm thiết bị thực tế ) .
Pmax

Các nhóm ở đây đều trên 4 thiết bị nên ta xác định tỷ số k =
, sau đó so
Pmin
Σ
sánh k với kb là hệ số ứng với k sd của nhóm . Nếu k > kb , lấy nhq = n , là số
lượng thiết bị thực tế của nhóm . Ngược lại có thể tính nhd theo công thức sau :
( ΣPi ) 2
nhq =
( 2.2 )
ΣPi2


Đồ án môn học

Thiết kế cung cấp điện

4

- Hệ số nhu cầu của nhóm sẽ được xác định theo biểu thức sau :
Σ
knc = k sd +

1 − k sdΣ
nhq

( 2.3 )

- Cuối cùng phụ tải tính toán của cả nhóm là :
Ptt = knc. ΣPi ( 2.4 )
Ta có thể chia phân xưởng ra làm 4 nhóm:

• Nhóm 1 có 8 thiết bị gồm:
- 2 búa hơi để rèn có P = 2.15 (kW)
- 1 máy hàn ε dm % =25% có P = 2,2 (kW)
- 1 lò chạy bằng điện có P = 19 (kW)
- 1 lò điện để hóa cứng linh kiện có P = 19 (kW)
- 1 thiết bị tôi cao tần có P = 19 (kW)
- 2 máy ép ma sát có P = 2.10 (kW)
• Nhóm 2 có 7 thiết bị gồm:
- 1 máy hàn ε dm % =25% có P = 2,2 (kW)
- 2 lò điện để cứng hóa nhiên liệu có P = 2.19 (kW)
- 1 thiết bị để tôi bánh răng có P = 20 (kW)
- 1 thiết bị tôi cao tần có P = 19 (kW)
- 1 máy ép ma sát có P = 10 (kW)
- 1 máy nèn khí có P = 22,8 (kW)
• Nhóm 3 có 9 thiết bị gồm:
- 1 máy hàn ε dm % = 25% có P = 2,2 (kW)
- 2 lò chạy bằng điện có P = 2.19 (kW)
- 1 lò điện để hóa cứng linh kiện có P = 19 (kW)
- 2 thiết bị để tôi bánh răng P = 2.20 (kW)
- 1 thiết bị tôi cao tần có P = 19 (kW)
- 1 máy ép ma sát có P = 10 (kW)
- 1 máy nén khí có P = 22,8 (kW)
• Nhóm 4 có 9 thiết bị gồm:
- 2 búa hơi để rèn có P = 2.15 (kW)
- 2 lò điện để hóa cứng linh kiện có P = 2.19(kW)
- 1 thiết bị tôi cao tần có P = 19 (kW)
- 2 máy ép ma sát có P = 10 (kW)
- 2 máy nén khí có P = 2.22,8 (kW)
I.1.2) Phụ tải động lực:

Đồ án môn học

Thiết kế cung cấp điện

5

Trước khi tính toán cần qui các phụ tải làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại
về chế độ làm việc làm việc dài hạn , theo công thức :
P = Pđặt . ε , kW .
Trong đó :
- Pđăt : là công suất của phụ tải, tức là công suất định mức của phụ tải , kW
- P : công suất qui về chế độ làm việc dài hạn của thiết bị .
- ε : hệ số tiếp điện của thiết bị , kW
Như vậy , phụ tải tính toán của máy hàn ε dm %=25% là :
P2 = 2, 2. 0, 25 =1,1 (kW)
Căn cứ vào sơ đồ bố trí thiết bị trong nhà xưởng , và dựa theo các nguyên
tắc phân nhóm ở trên , có thể chia các thiết bị thành 4 nhóm . Kết quả tổng hợp
phụ tải từng nhóm sẽ được trình bày chi tiết dưới đây .
Phụ tải nhóm 1 được tổng hợp như sau :
Hệ số sử dụng tổng hợp của nhóm là :
∑
∑ Pi .k sdi
2.15.0,16 + 1,1.0,3 + 19.0,16 + 19.0,16 + 19.0,16 + 2.10.0,16
∑
k sd
=
=
∑P
2.15 + 1,1 + 19 + 19 + 19 + 2.10

=0,16
Σ
Thấy k sd =0,16 < 0,2 .
-Phân loại thiết bị có P >

Pmax
: thì có
2

n1 thiết bị
n

-Xác định tổng công suất của n1 thiết bị : P1 = ∑ Pdmi
i =1

-Xác định các giá trị tương đối :

n∗ =

n1
p
; p∗ = 1
n
p

-Xác định nhq∗ :
 Xác định theo công thức :
nhq∗ =

0,95

p
(1 − p∗ )2
+
n∗
1 − n∗
2
∗

 Xác định theo công thức nhq = n.nhq∗
Từ đó ở nhóm 1 ta có: P >

Pmax
19
= = 9,5 có
2
2

n1 = 7


Đồ án môn học

6

Thiết kế cung cấp điện

n

P1 = ∑ Pdmi =2.15 + 19 + 19 + 19 + 2.10 = 107
i =1

n∗ =
nhq∗ =

n1 7
p
107
= = 0,875; p∗ = 1 =
= 0,99
n 8
p 108,1
0,95
0,95
=
2
2
p
(1 − p∗ )
0,99 (1 − 0,99)2 =0,85
+
+
n∗
1 − n∗
0,875 1 − 0,875
2
∗

nhq = n.nhq∗ =8.0,85=6,8.Lấy theo giá trị tự nhiên nên nhq =7
1 − k sd ∑
1 − 0,16

knc = ksd∑ +
= 0,16 +
= 0,48
n hq
7
Tổng công suất tác dụng tính toán của nhóm động lực 1 là :
Ptt1 = knc .∑Pni = 0,48.108,1 = 52,37 kW
Hệ số công suất tác dụng của nhóm là :
∑ Pni .cosφi 2.15.0,6 + 1,1.0,35 + 19.0,6 + 19.0,6 + 19.0,6 + 2.10.0,6
=
Cosφ =
∑ Pni
107
=0,6
Công suất biểu kiến của nhóm là :
Ptt1

52,37

Stt1 = cos ϕ = 0,6 = 87,66 (kVA)
tb
Công suất phản kháng của nhóm là :
Qtt1 = Stt1 1 − (cos ϕ ) 2 = 87,66. 1 − (0,6) 2 = 70,29 (kVAr)

Nhóm 1:
Bảng 1.1. Bảng tổng hợp phụ tải nhóm 1.
Phụ tải I Công suất P
k
Pi.ki cos ϕ
P2

Pcos ϕ
1
15,00
0,16
2,4
0,6
225
9
1
15,00
0,16
2,4
0,6
225
9
2
1,10
0,3
0,33
0,35
1,21
0,385

Spt
25,00
25,00
3,14

Qpt
20,00

20,00
2,94


Đồ án môn học
3
4
6
7
7
Σ
Ksd ∑
Pmax /Pmin
nhq
knc
Ptt, kW
cos ϕ
Stt, kVA
Qtt, kVAr

19,00
19,00
19,00
10,00
10,00
108,10
0,16
17,27
7
0,48

52,37
0,60
87,66
70,29

Thiết kế cung cấp điện

7
0,16
0,16
0,16
0,16
0,16
0,16

3,04
3,04
3,04
1,6
1,6
17,45

0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6

361

11,4
361
11,4
361
11,4
100
6
100
6
1734,21 64,585

31,67
31,67
31,67
16,67
16,67

25,33
25,33
25,33
13,33
13,33

Tính toán tương tự cho các nhóm còn lại được bảng tổng kết phụ tải của các
nhóm theo phương pháp hệ sô nhu cầu như sau:

Nhóm 2:
Bảng 1.2. Bảng tổng hợp phụ tải nhóm 2.
Phụ tải II Công suất P
k

Pi.ki cos ϕ
P2
Pcos ϕ
2
1,1
0,3
0,33
0,35
1,21
0,385
4
19
0,16 3,04
0,6
361
11,4
4
19
0,16 3,04
0,6
361
11,4

Spt
3,14
31,67
31,67

Qpt
2,94

25,33
25,33


Đồ án môn học
5
6
7
8
Σ
Ksd ∑
Pmax /Pmin
nhq
knc
Ptt, kW
cos ϕ
Stt, kVA
Qtt, kVAr

20
19
10
22,8
110,9
0,16
20,73
7,00
0,48
53,05
0,60

88,78
71,19

Thiết kế cung cấp điện

8
0,16
0,16
0,16
0,16

3,2
3,04
1,6
3,648
17,898

0,6
0,6
0,6
0,6

400
12
361
11,4
100
6
519,84 13,68
2104,1 66,265

33,33
31,67
16,67
38,00

26,67
25,33
13,33
30,40

Nhóm 3:
Bảng 1.3 Bảng tổng hợp phụ tải nhóm 3.
Phụ tải II Công suất P
k
Pi.ki cos ϕ
P2
Pcos ϕ
2
1,1
0,3
0,33
0,35
1,21
0,385
3
19
0,16
3,04
0,6

361
11,4
3
19
0,16
3,04
0,6
361
11,4

Spt
3,14
31,67
31,67

Qpt
2,94
25,33
25,33


Đồ án môn học
4
5
5
6
7
8
Σ
Ksd ∑

Pmax /Pmin
nhq
knc
Ptt, kW
cos ϕ
Stt, kVA
Qtt, kVAr

19
20
20
19
10
22,8
149,9
0,13
20,73
8,00
0,44
65,21
0,47
139,67
123,51

Thiết kế cung cấp điện

9
0,16
0,16
0,16

0,16
0,16
0,16

3,04
3,2
3,2
3,04
1,6
3,648
18,89

0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6

361
11,4
400
12
400
12
361
11,4
100
6
519,84 13,68

2865,05 69,985

31,67
33,33
33,33
31,67
16,67
38,00

25,33
26,67
26,67
25,33
13,33
30,40

Nhóm 4:
Bảng 1.4 Bảng tổng hợp phụ tải nhóm 4.
Phụ tải IV Công suất
k
Pi.ki cos ϕ P 2
Pcos ϕ
1
15,00
0,16
2,40
0,60 225,00 9,00
1
15,00
0,16

2,40
0,60 225,00 9,00
4
19,00
0,16
3,04
0,60 361,00 11,40
4
19,00
0,16
3,04
0,60 361,00 11,40

Spt
25,00
25,00
31,67
31,67

Qpt
20,00
20,00
25,33
25,33


Đồ án môn học
6
7
7

8
8
Σ
Ksd ∑
Pmax /Pmin
nhq
knc
Ptt, kW
cos ϕ
Stt, kVA
Qtt, kVAr

Thiết kế cung cấp điện

10

19,00
10,00
10,00
22,80
22,80
152,60
0,16
2,28
8,00
0,46
69,74
0,60
116,23
92,98

0,16
0,16
0,16
0,16
0,16

3,04
1,60
1,60
3,65
3,65
24,42

0,60
0,60
0,60
0,60
0,60

361,00
100,00
100,00
519,84
519,84
2772,68

11,40
6,00
6,00

13,68
13,68
91,56

31,67
16,67
16,67
38,00
38,00

25,33
13,33
13,33
30,40
30,40

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 tổng hợp của 4 nhóm động lực là :
ΣP .k
52,37.0,16 + 53,05.0,16 + 65,21.0,13 + 69,74.0,16
= ni sdi =
ΣPni
52,37 + 53,05 + 65,21 + 69,74
k
= 0,15
sd

Lấy nhq =4.

knc = ksd∑ +

1 − k sd ∑
n hq

= 0,15 +

1 − 0,15
= 0,58
4

Trong đó:
- nhq: số lượng hiệu quả của nhóm đông lực, lấy bằng số nhóm động lực = 4 .
Tổng công suất tác dụng của nhóm động lực là :
Pđl = knc.∑P = 0,58.240,37 = 138,51 (kW)
Hệ số cos trung bình của nhóm là :
ΣPni .cos ϕi 52,37.0,6 + 53,05.0,6 + 65,21.0,47 + 69,74.0,6
=
= 0,56
cos ϕ tb =
ΣPni
240,37
Nên công suất biểu kiến của nhóm động lực là :
P

138,51

dl
Sđl = cos ϕ = 0,56 = 245,75 (kVA)
dl

Và công suất phản kháng của các phụ tải động lực là :


Đồ án môn học

11

Thiết kế cung cấp điện

Qđl = Sđ1. 1 − cos ϕ 2 = 245, 75. 1 − 0, 56 2 = 202,99 (kVAr)

Vậy có bảng tổng hợp phụ tải động lực theo phương pháp hệ số nhu cầu như
sau:
Bảng 1.5 Bảng tổng hợp phụ tải động lực.
Nhóm động lưc
Nhóm
Ksd
Knc
Ptt cos ϕ Stt
Qtt
Ptt.ksd p.cos ϕ
1
0,16
0,48 52,37 0,60 87,66
70,29
8,45 31,29
2
0,16
0,48 53,05 0,60 88,78
71,19

8,56 31,70
3
0,13
0,44 65,21 0,47 139,67 123,51
8,48 30,65
4
0,16
0,46 69,74 0,60 116,23 92,98
11,16 41,84
∑
240,37
432,34 357,97461 36,65 135,48
ksd Σ
0,15
Knc Σ
0,58
cos ϕΣ
0,56
PΣ
138,51
SΣ
245,75
`
QΣ
202,99
I.1.3) Phụ tải tổng hợp.
Phụ tải tồng hợp của các nhóm vì có tính chất khác nhau nên được tổng hợp
theo phương pháp số gia:
Tổng công suất tác dụng của phân xưởng được xác định như sau:

PN ∑ = ∑ Pdli + ki .Pcs

Trong đó:
Pđli: Là phụ tải động lực của các nhóm.
ki: hệ số được xác định ki = (

Pi 0,04
)
− 0, 41
5

Pcs.lm: Tổng công suất chiếu sáng của phân xưởng.

PN ∑ = Pdl + ki .Pcs
 20

= 138,51 + ( )0,04 − 0, 41 .20
 5

= 151, 45 ( kW )


Đồ án môn học

12

Thiết kế cung cấp điện

Hệ số công suất tổng hợp của toàn phân xưởng:

cosϕ N =

Pdl .cosϕtb + Pcs .cosϕcs
Pdl + Pcs

Vì bóng đèn chiếu sáng được chọn là bóng đèn sợi đốt nên cosφcs= 0,8.
Thay số vào biểu thức trên ta được:

Pdl .cosϕtb + Pcs .cosϕcs
Pdl + Pcs
151, 45.0,56 + 20.0,8
=
= 0,59
151, 45 + 20
⇒ sin ϕ N = 0,81

cosϕ N =

Công suất biểu kiến:

S∑ =

PN ∑
151, 45
=
= 256,69 ( kVA )
cosϕ N
0,59

Từ đó ta có công suất phản kháng:

QN = S∑ .sin ϕ N = 256, 69.0,81 = 207,92 ( kVAr )
⇒ S∑ = 151, 45 + j 207,92 ( kVA )


Đồ án môn học

13

Thiết kế cung cấp điện

CHƯƠNG II
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CẤP ĐIỆN CHO
PHÂN XƯỞNG.
II.1) Trạm biến áp phân xưởng.
Trạm biến áp là một phần tử rất quan trọng của hệ thống điện nó
có nhiệm vụ tiếp nhận điện năng từ hệ thống, biến đổi từ cấp điện áp
này sang cấp điện áp khác và phân phối cho mạng điện tương ứng.
Trong mỗi trạm biến áp ngoài máy biến áp còn có rất nhiều thiết bị hợp
thành hệ thống tiếp nhận và phân phối điện năng. Các thiết bị phía cao
áp gọi là thiết bị phân phối cao áp (máy cắt, dao cách ly, thanh cái…)
và các thiết bị phía hạ áp gọi là thiết bị phân phối hạ áp (thanh cái hạ áp,
aptômat, cầu dao, cầu chảy…).
Trạm tăng áp thường được đặt tại các nhà máy điện để tăng điện
áp từ 0,4÷6,3kV lên các cấp cao hơn với mục đích truyền tải điện năng
đi xa hơn; Trạm biến áp trung gian là trạm giảm áp, tiếp nhận điện năng
từ lưới 35÷22kV để cung cấp cho các lưới phân phối 6÷22kV ; Trạm
biến áp tiêu thụ hay trạm biến áp phân xưởng có nhiệm vụ tiếp nhận
điện năng từ mạng phân phối 6÷22kV(đôi khi cả mạng 35 và 110kV) và
cung cấp cho lưới điện hạ áp.

Kết cấu của trạm biến áp phụ thuộc vào loại trạm, vị trí, công
dụng…của chúng. Các trạm biến áp trung gian thường được xây dựng
với hai dạng chính:
- Trạm biến áp ngoài trời có các thiết bị phân phối phía cao
áp được đặt ở ngoài trời các thiết bị phân phối phía thứ cấp được đặt
trong các tủ điện hoặc đặt trong nhà.
- Trạm biến áp trong nhà: toàn bộ thiết bị của trạm từ phía
sơ cấp đến phía thứ cấp được đặt trong nhà với các tủ phân phối tương
ứng.
Tất cả các trạm biến áp cần phải thoả mãn các yêu cầu cơ bản sau:
- Sơ đồ và kết cấu phải đơn giản đến mức có thể.
- Dễ thao tác vận hành.
- Đảm bảo cung cấp điện liên tục và tin cậy với chất lượng
cao.


Đồ án môn học

14

Thiết kế cung cấp điện

- Có khả năng mở rộng và phát triển.
- Có các thiết bị hiện đại để có thể áp dụng các công nghệ
tiên tiến trong vận hành và điều khiển mạng điện.
- Giá thành hợp lí và có hiệu quả kinh tế cao.
Các yêu cầu trên có thể mâu thuẫn với nhau, vì vậy trong tính
toán thiết kế cần phải tìm lời giải tối ưu bằng cách giải các bài toán kinh
tế kĩ thuật.
II.1.1) 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.
- Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành nhỏ.
- Bảo đảm các điều kiện khác như cảnh quan môi 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 ngoài nhà xưởng ngay sát tường như minh
hoạ dưới đây. Khi xây dựng ngoài như thế cần chú ý đến điều kiện mỹ quan.
Hướng điện tới

TBA

Hình 2.1. Sơ đồ bố trí máy biến áp .
II.2) Chọn công suất và số lượng máy biến áp:


Đồ án môn học

15

Thiết kế cung cấp điện

Công suất của máy biến áp được chọn căn cứ vào công suất của phụ tải và
khả năng chịu quá tải của máy biến áp. Số lượng máy được chọn còn phụ thuộc
vào yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện, nếu phụ tải quan trọng (loại 1) thường
chọn 2 máy làm việc song song.
- Hệ số điền kín đồ thị có thể được xác định theo biểu thức :
Stb
T
5000
= M =
= 0,571 < 0,75
kdk =
SM 8760 8760
Trong đó :
Stb : Công suất trung bình, kVA .
SM : Công suất cực đại, kVA .
TM : thời gian tiêu thụ công suất cực đại, cho ở đề bài .
Như vậy máy biến áp có thể làm việc quá tải 40% trong khoảng thời gian
cho phép không quá 6 giờ.
Căn cứ vào công suất của phụ tải tổng hợp xác định được ở mục trên nên
ta chọn công suất và số lượng máy biến áp 22/0,4 kV theo 3 phương án sau :
Phương án 1: Chọn hai máy biến áp.

Sdm1 = Sdm 2 ≥

Stt 256,69
=

= 128,35(kVA)
2
2

Khi xảy ra sự cố cắt 1MBA :

80%.Stt 80%.256,69
=
= 146,68 (kVA)
1, 4
1, 4
Vậy ta sẽ chọn hai máy biến áp công suất 2 × 160 (kVA)
SdmB ≥

Phương án 2: Dùng 2 mba có công suất là 2 × 180
Phương án 3: Chọn một máy biến áp

SdmB ≥ Stt = 256,69(kVA)

Ta chọn máy biến áp công suất 315(kVA)
Xét về kĩ thuật, các phương án không ngang nhau về độ tin cậy
cung cấp điện: Đối với phương án 1 và phương án 2, khi có sự cố ở một
trong hai máy biến áp thì máy biến áp còn lại 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 các hộ tiêu thụ khi có sự cố trong máy biến áp. Để đảm
bảo sự tương đồng về kĩ thuật của các phương án cần phải xét đến thành
phần thiết hại do mất điện khi có sự cố xảy ra trong máy biến áp. Trước
hết ta kiểm tra khả năng quá tải của máy biến áp khi một trong hai máy
bị sự cố.

Đồ án môn học

Thiết kế cung cấp điện

16

Phụ tải trong thời gian sự cố 1 máy biến áp bao gồm phụ tải loại I và loại II .
Ssc = Stt . m1+ 2 = 256,69 . 0,85 = 218,187 ( kVA )
Hệ số quá tải
Ssc 218,187
=
= 1,36 < 1,4
kqt =
Sn
160
Vậy đảm bảo yêu cầu cung cấp điện.
Hàm chi phí tính toán quy đổi của máy biến áp:

(

)

Z = a +k
.V + ∆A.C
tc kh BA
∆

Trong đó:
a : Là hệ số tiêu chuẩn sử dụng hiệu quả vốn đầu tư máy biến áp

tc
1
8

Với máy biến áp do Việt Nam sản xuất thì atc = = 0,125
k

k

kh : Là tỷ lệ khấu hao của máy biến áp

kh

= 6, 64% = 0, 064

V : Là vốn đầu tư trạm biến áp
BA

C : Là giá thành tổn thất điện năng
∆
∆A :

C = 1000 (đ/kWh)
∆

Là tổn thất điện năng trong trạm biến áp và tính theo công thức:
2
 S

∆P

tt ÷ ( kWh )
∆A = n.∆P .t + k .τ . 
o
S
÷
n
 dmBA 

Trong đó: n: là số máy biến áp trong trạm biến áp
∆P : Là tổn thất điện áp khi không tải (kW)
o
∆P : Là tổn thất điện áp khi ngắn mạch (kW)
k

t: Là thời gian vận hành trạm biến áp trong 1 năm t = 8760h
S

dmBA : Là công suất định mức của máy biến áp (kVA)

τ : Là thời gian tổn thất lớn nhất và tính theo công thức:

(

τ = 0,124 + T
.10−4
max

Với

T

= 5000h
max

thì

(

)

2

.8760 ( h )

τ = 0,124 + 5000.10−4

)

2

.8760 ≈ 3411( h )


Đồ án môn học

17

Thiết kế cung cấp điện

• Phương án 1: dùng 2 máy biến áp 2x160 kVA
Tổn thất điện năng của trạm biến áp phân xưởng trong phương án1 là:

2
 S

∆P
tt ÷
∆A = n.∆P .t + k .τ . 
o

÷
n
S
 dmBA 
2
2,95
 256, 69 
.3411. 
÷ = 21639,936 ( kWh )
2
 160 

= 2.0, 5.8760 +

Tổng chi phí quy đổi của trạm biến áp trong phương án1 là:

(

)

Z = a +k
.V + ∆A.C

1
tc kh BA
∆
= ( 0,125 + 0, 064 ) .(24,18 + 0,18.160).106 + 21639,936.1000 = 31, 65.106 (đ)

Tính tương tự cho 2 phương án còn lại ta có bảng tổng kết sau:
Phương án

Bảng 2.1. So sánh các phương án chọn máy biến áp.
S ( kVA) ∆P ( kW ) ∆P ( kW ) V (106 đ)
∆A ( kWh )
Z (106 đ)
tt
BA
o
k

Phương án 1

2x160

0,5

2,95

105,96

21639,936

41,67

Phương án 2

2x180

0,53

3,15

113,16

20210,95

41,59

Phương án 3

1x315

0,72

4,85

80,88

17292,71

32,58

Nhận xét:

Ta thấy tổng chi phí quy đổi của trạm biến áp trong phương án 3 là nhỏ
nhất và có vốn đầu tư trạm biến áp ban đầu trong phương án3 cũng nhỏ nhất
trong 3 phương án. Vậy trạm biến áp phân xưởng sẽ gồm 1máy biến áp có
công suất định mức là 1x315kVA.

II.3) Lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu.
a) Chọn sơ bộ phương án.


Đồ án môn học

18

Thiết kế cung cấp điện

Để cung cấp điện có thể có nhiều phương án đi dây, có thể dùng sơ đồ hình
tia có độ tin cậy cung cấp điện cao, có thể dùng sơ đồ đường trục, hoặc hỗn
hợp. 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 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 góc xưởng và kéo đường cáp đến tủ
động lực.
Phương án 2: Đặt tủ phân phối tại trung tâm phụ tải và từ đó kéo cáp đến
từng tủ động lực.

b) Tính toán chọn phương án tối ưu.

• Phương án 1:

Hình 2.2. Sơ đồ nối điện phương án 1.
Ta chọn dây dẫn từ trạm biến áp phân xưởng tới tủ phân phối và từ tủ
phân phối tới các tủ động lực là loại dây cáp đồng 4 lõi vỏ PVC (cáp PVC) đặt


Đồ án môn học

19

Thiết kế cung cấp điện

trong rãnh chôn ở dưới phân xưởng. Các đường cáp tới các tủ động lực gần
nhau thì có thể đặt chung trong 1 rãnh để tiết kiệm về chi phí.
Trong chương này ta chỉ mới chọn sơ bộ tiết diện đường dây và kiểm tra
điều kiện dòng phát nóng lâu dài cho phép Icp và tổn thất điện áp. Các điều kiện
khác về dòng ngắn mạch, dòng Icp khi có các thiết bị bảo vệ động cơ và mạng
điện… thì ta sẽ xét ở các chương sau, sau khi ta tính toán chọn các thiết bị bảo
vệ.
Chọn tiết diện đường dây theo dòng phát nóng lâu dài cho phép I cp theo
công thức sau:
k .k .I ≥ I
1 2 cp tt
I
⇒ I ≥ tt
cp k .k
1 2

Trong đó: Icp: là dòng điện cho phép lâu dài của dây dẫn (A)

k1: là hệ số hiệu chỉnh tính tới nhiệt độ môi trường sản xuất và sử dụng.
k1=1
k2: là hệ số hiệu chỉnh tính tới số dây dẫn đặt trong cùng 1 rãnh.
 Đường dây cáp từ trạm biến áp phân xưởng tới tủ phân phối(TPP)
Tủ phân phối đặt cách trạm biến áp L TBA-TPP = 10 (m) .Đây là đường cáp
tổng dẫn điện từ TBA tới TPP.
-

SΣ
256, 69
tt
=
≈ 390 ( A )
Dòng điện tính toán chạy trong dây cáp là: Itt =
3.U
3.0,38
dm
I
390
tt
Dòng điện phát nóng lâu dài cho phép thỏa mãn: Icp ≥ k .k = 1.0,9 ≈ 433,33 ( A )
1 2

Vậy ta chọn cáp PVC-300 có Fđm = 240mm2 và Icp= 462 A.
Các thông số về điện trở: x0 = 0,06 (Ω/km) và r0 = 0, 08 (Ω/km)
- Tổn thất điện áp thực tế là:
PΣ .r + QΣ .x
151, 45.0, 08 + 207,92.0, 06
tt o .L
∆U

= tt o
=
.0, 01 ≈ 0, 647 ( V )
TBA − TPP
TBA
−
TPP
U
0,38
dm
∆U
TBA − TPP .100% = 0, 647 .100% ≈ 0,17%
∆U
%=
TBA − TPP
U
380
dm


Đồ án môn học

Thiết kế cung cấp điện

20

Z = (0,125 + 0, 04)(63,58 + 0,83.240).0, 01.106 +

256, 692
.0, 08.0, 01.3411.10 −3.1000

2
0,38

6

=1,68.10 (đ)
Dòng điện tính toán chạy trong dây dẫn từ TPP tới tủ động lực:
S
I = n hom
tt
3.U
dm

• Xét tủ động lực 1. Đặt tủ động lực 1 cách TPP khoảng LTPP-dl1 = 30m.
Theo sơ đồ bố trí sơ bộ đường dây từ trạm biến áp tới các tủ động lực ở trên thì
2 đường dây cáp tới các tủ động lực 1, 2có thể đặt chung trong 1 rãnh. Nên
k2=0, 85 và k1=1.
- Dòng điện tính toán chạy trong dây dẫn tới tủ động lực 1 là:
I

S
87, 66
= n hom1 =
≈ 133,185 ( A )
tt1
3.U
3.0,38
dm

Dòng điện phát nóng lâu dài cho phép thỏa mãn:

I

cp

≥

I

tt1 = 133,185 ≈ 156, 69 ( A )
k .k
1.0,85
1 2

Vậy ta chọn cáp PVC-35 có Fđm=35mm2 và Icp=159A.
Các thông số về điện trở: x0 = 0,06 (Ω/km) và r0 = 0,57 (Ω/km).
- Tổn thất điện áp thực tế:
P
.r + Q
.x
52,37.0,57 + 70, 29.0, 06
n hom1 o .L
= n hom1 o
=
.0, 03 ≈ 2, 69 ( V )
TPP − dl1
TPP
−
dl
1
U

0,38
dm
∆U
TPP − dl1 .100% = 2, 69 .100% ≈ 0, 71% < ∆U = 5%
∆U
%=
TPP − dl1
cp
U
380
dm
∆U

- Tổn thất điện năng trên đoạn đường dây:
S2
87, 662
∆A
= n hom1 .r .L
.τ =
.0,57.0, 03.3411.10 −3 ≈ 3103,942 ( kWh )
TPP − dl1
o TPP − dl1
2
2
U
0,38
dm

- Chi phí cho tổn thất điện năng trên đoạn đường dây:
C

= ∆A
.C = 3103,942.1000 ≈ 3,1.106 (đ)
TPP − dl1
TPP − dl1 ∆

- Vốn đầu tư cho đoạn đường dây cáp này là:


Đồ án môn học

Thiết kế cung cấp điện

21

V = v .L
= (63,58 + 0,83.35).106.0, 03 ≈ 2, 78.106 (đ)
d
o TPP − dl1

- Chi phí quy đổi của đoạn dây cáp này là:

(

)

Z = a +k
.V + C
= ( 0,125 + 0, 04 ) .2, 78.106 + 3,1.106 ≈ 3,56.106 (đ)
1
tc kh d

TPP − dl1

Tính tương tự cho các tủ động lực còn lại ta có bảng tổng kết sau:
Bảng 2.2 Bảng chọn dây dẫn của phương án 1.
r0
x0
Loại dây
Icp , A ,Ω/k ,Ω/k ΔU ,V
cáp
m
m

Đường
Pnhom ,
L, m
dây
kW

Qnhom,
kVAr

Snhom
,kVA

TPP-dl1

30

52,37

70,29

87,66

133,185 PVC-35 159

0,57

0,06

TPP-dl2

50

53,05

71,19

88,78

134,887 PVC-50 188

0,4

0,06 3,354

TPP-dl3

10

65,21

123,51

139,67

212,21

PVC-95 279

0,21

0,06 3,666

TPP-dl4

30

69,74

92,98

116,23

176,59

PVC-70 233

0,29

0,06 2,037

Itt , A

Bảng 2.3 Bảng chọn dây dẫn của phương án 1.
v0,
Đường dây
ΔA,kWh C, 106đ
Vd, 106đ Z, 106đ
6
10 đ/km

•

TPP-dl1

3103,942

3,1

92,63

2,78

3,56

TPP-dl2

3723,7

3,7

105,08

5,25

4,57

TPP-dl3

967,698

0,967

142,43

1,42

1,19

TPP-dl4

2776,325

2,776

121,68

3,65

3,38

Phương án 2:

2,69


Đồ án môn học

Thiết kế cung cấp điện

22

Hình 2.3. Sơ đồ nối điện phương án 2.
Đặt tủ phân phối ở giữa phân xưởng . Khi đó khoảng cách từ trạm biến áp
đến tủ phân phối là 35 m . Các khoảng cách từ tủ phân phối đến các tủ động
lực được xác định theo sơ đồ bố trí đi dây trên và tinh toán tương tự như
phương án 1, kết quả tính toán được ghi trong bảng sau:

Đoạn
dây
TBATPP
TPPDL1
TPPDL2
TPPDL3
TPPDL4

Bảng 2.4 Bảng chọn dây dẫn của phương án 2.
∆U (v )
Công

∆A( kWh)
Vd 106
Dòng L(m)
suất(KV)

C(đ/kwh)

Z(đ)

256,69

390

35

2,265

4358

9,2

1000

5,87

87,66

132,61

23

1,343

2333,7

2,13

1000

2,69

88,78

134,36

32

1,14

2383,2

3,37

1000

2,94

139,67

210,79

23

0,75

2226,4

3,8

1000

2,85

116,23

176,59

32

1,36

2961,6

3,9

1000

3,61

Tổng chi phí qui đổi của phương án 1 là:

Z1 = ( 1, 68 + 3,56 + 4,57 + 1,19 + 3,38 ) .106 = 14,38.106 (đ/năm)


Đồ án môn học

23

Thiết kế cung cấp điện

Tổng chi phí qui đổi của phương án 2 là:

Z 2 = ( 5,87 + 2, 69 + 2,94 + 2,85 + 3, 61) .106 = 17,96.106 (đ/năm)

Nhận xét:
Như vậy xét về mặt kĩ thuật thì các phương án tương đương nhau (tổn thất điện
áp đều rất nhỏ) còn về mặt kinh tế rõ ràng phương án 1 trội hơn hẳn.
Như vậy ta chọn phương án 1 để tính tiếp. Tức đặt 1 tủ phân phối ở góc xưởng
rồi kéo điện đến từng tủ động lực theo sơ đồ hình tia.
 Tính toán chọn dây cáp từ tủ động lực tới các thiết bị trong nhóm.
Ta chọn dây dẫn từ các tủ động lực tới các thiết bị trong nhóm động lực là
loại dây cáp đồng 4 lõi vỏ PVC (cáp PVC) chôn ngầm dưới đất, đi theo đường
bẻ góc. Các đường cáp tới các thiết bị gần nhau thì có thể đặt chung trong 1
rãnh để tiết kiệm về chi phí.
Trong chương này ta cũng chỉ mới chọn sơ bộ tiết diện đường dây và kiểm
tra điều kiện dòng phát nóng lâu dài cho phép I cp và tổn thất điện áp. Các điều
kiện khác về dòng ngắn mạch, dòng I cp khi có các thiết bị bảo vệ động cơ và
mạng điện… thì ta sẽ xét ở các chương sau:

 Xét nhóm động lực 1

Nhóm động lực 1 gồm 8 thiết bị có các thông số như sau:
Bảng 2.5 Thông số của nhóm động lực 1.


Đồ án môn học

Thiết kế cung cấp điện

24

STT

Tên máy

P ( kW )
dm

Q ( kVAr ) S ( kVA ) U ( kV )
dm
dm
dm

1

Búa hơi để rèn

15

20

25

0,38

0,6

2

Búa hơi để rèn

15

20

25

0,38

0,6

3

Máy hàn

1,1

2,945

3,143

0,38

0,35

4

Lò chạy bằng điện

19

25,333

31,666

0,38

0,6

5

Thiết bị hóa cứng

19

25,333

31,666

0,38

0,6

6

Thiết bị tôi cao tần

19

25,333

31,666

0,38

0,6

7

Máy ép ma sát

10

13,333

16,667

0,38

0,6

8

Máy ép ma sát

10

13,333

16,667

0,38

0,6

- Xét thiết bị 1 là búa hơi để rèn, khoảng cách tới thiết bị là Lđl1-1=15m
+ Dòng điện tính toán chạy trong dây dẫn là:
S
25
I =I
= dm1 =
≈ 37,984 ( A )
tt
dm
3.U
3.0,38
dm

+ Dòng điện phát nóng lâu dài cho phép thỏa mãn:
I

cp

≥

I

tt = 37,984 ≈ 44, 687 ( A )
k .k
1.0,85
1 2

Vậy ta chọn cáp PVC-4 có Fdm=4mm2 và Icp=47A
Các thông số về điện trở: x0=0, 09(Ω/km) và r0=5(Ω/km)

+Tổn thất điện áp thực tế:

P .r + Q
.x
15.5 + 20.0, 009
dm1 o .L
∆U = dm1 o
=
0, 012 ≈ 2, 425 ( V )
dl1 − 1
U
0, 38
dm
∆U
2, 425
∆U % =

.100% =
.100% ≈ 0, 638% < ∆U = 5%
cp
U
380
dm

+Tổn thất điện năng trên đoạn đường dây:

cosϕ


Đồ án môn học

Thiết kế cung cấp điện

25

S2
252
∆A = dm1 .r .L
.τ =
.5.0, 015.3411.10−3 ≈ 1107, 28 ( kWh )
o
dl
1
−
1
U2
0,382

dm

+ Chi phí cho tổn thất điện năng trên đoạn đường dây:
C = ∆A.C = 1107, 28.1000 ≈ 1,1.106 (đ)
∆

+ Vốn đầu tư cho đoạn đường dây cáp này là:
V = v .L
= 66,9.106.0, 015 ≈ 1.106 (đ)
d
o dl1 − 1

+ Chi phí quy đổi của đoạn dây cáp này là:

(

)

Z = a +k
.V + C = ( 0,125 + 0, 04 ) .1.106 + 1,1.106 ≈ 1, 27.106 (đ).
tc kh d

Tương tự, ta tính toán chi phí qui đổi cho các phương án còn lại, ta được bảng
sau.
Bảng 2.6 Bảng lựa chọn loại dây cáp và các thông số.
Pdm,
Đường
STT dây L, m kW

Qdm,

kVAr

Sdm,
kVA

Itt, A

r0,
x0,
Loại cáp Icp, A Ω/km Ω/km

1

dl1-1

15

15

20

25

37,984

PVC-4

47

5

0,09

2

dl1-2

35

15

20

25

37,984

PVC-4

47

5

0,09