Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho một xí nghiệp công nghiệp

ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, trong xu thế hội nhập, quá trình công nghiệp hóa hiện đại
hóa đất nước đang diễn ra một cách mạnh mẽ. Trong quá trình phát triển đó,
điện năng đóng vai trò rất quan trọng. Nó là một dạng năng lượng đặc biệt, có
rất nhiều ưu điểm như: dễ chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác( như
cơ năng, hóa năng, nhiệt năng...), dễ dàng truyền tải và phân phối... Do đó
ngày nay điện năng được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực của đời
sống. Cùng với xu hướng phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, đời sống xã hội
ngày càng được nâng cao, nhu cầu sử dụng điện năng trong các lĩnh vực công
nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ... tăng lên không ngừng. Để đảm bảo những nhu
cầu to lớn đó, chúng ta phải có một hệ thống cung cấp điện an toàn và tin cậy.
Do đó đồ án thiết kế hệ thống cung cấp điện là yêu cầu bắt buộc với sinh
viên ngành hệ thống điện. Quá trình thực hiện đồ án sẽ giúp chúng ta có
những hiểu biết tổng quan nhất về hệ thống điện cũng như các thiết bị trong
thiết kế hệ thống điện.
Với đồ án: “Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho một xí nghiệp công
nghiệp”, sau một thời gian về cơ bản em đã hoàn thành nội dung đồ án môn
học này. Do thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất
mong được sự chỉ bảo, giúp đỡ của các thầy cô để đồ án này được hoàn thiện
hơn. Đồng thời giúp em nâng cao trình độ chuyên môn, đáp ứng nhiệm vụ
công tác sau này.
Em xin chân thành cảm ơn
Hà Nội, tháng 3 năm 2011
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Ngọc Khánh

SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH

1

ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

CHƯƠNG I.TÍNH TOÁN PHỤ TẢI

1.1XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN PHÂN XƯỞNG.
Khi thiết kế cung cấp điện cho một công trình (cụ thể là nhà máy ta đang
thiết kế) thì nhiệm vô đầu tiên của người thiết kế là phải xác định được nhu
cầu điện của phụ tải công trình đó (hay là công suất đặt của nhà máy...).
Tuỳ theo quy mô của công trình (hay của nhà máy...) mà phụ tải điện
phải được xác định theo phụ tải thực tế hoặc còn phải kể đến khả năng phát
triển trong tương lai. cụ thể là muốn xác định phụ tải điện cho một xí nghiệp,
nhà máy thì chủ yếu dựa vào các máy móc thực tế đặt trong các phân xưởng
và xét tới khả năng phát triển của cả nhà máy trong tương lai (đối với xí
nghiệp nhà máy công nghiệp thì chủ yếu là tương lai gần) còn đối với công
trình có quy mô lớn (như thành phố, khu dân cư...) thì phụ tải phải kể đến
tương lai xa. như vậy, việc xác định nhu cầu điện là giải bài toán dự báo phụ
tải ngắn hạn (đối với các xí nghiệp, nhà máy công nghiệp) còn dự báo phụ tải
dài hạn (đối với thành phố, khu vực...). nhưng ở đây ta chỉ xét đến dự báo phụ
tải ngắn hạn vì nó liên quan trực tiếp đến công việc thiết kế cung cấp điện nhà
máy ta.
Dự báo phụ tải ngắn hạn là xác định phụ tải của công trình ngay sau khi
công trình đi vào sử dụng. phụ tải này thường được gọi là phụ tải tính toán.
người thiết kế cần phải biết phụ tải tính toán để chọn các thiết bị điện như:
máy biến áp, dây dẫn, các thiết bị đóng, cắt, bảo vệ... để tính các tổn thất công
suất, tổn thất điện áp, để lựa chọn các thiết bị bù... chính vì vậy, phụ tải tính
toán là một số liệu quan trọng để thiết kế cung cấp điện. phụ tải điện phụ
thuộc vào nhiều yếu tố như: công suất và số lượng các thiết bị điện, chế độ
vận hành của chúng, quy trình công nghệ của mỗi nhà máy, xí nghiệp, trình độ

vận hành của công nhân v.v... vì vậy, xác định chính xác phụ tải tính toán là
một nhiệm vô khó khăn nhưng lại rất quan trọng. bởi vì, nếu phụ tải tính toán
được xác định nhỏ hơn phụ tải thực tế thì sẽ làm giảm tuổi thọ của các thiết bị
điện, có khả năng dẫn đến đến cháy nổ rất nguy hiểm. nếu phụ tải tính toán
lớn hơn phụ tải thực tế nhiều thì các thiết bị điện được chọn sẽ quá lớn so với
yêu cầu, gây lãng phí và không kinh tế.

SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH

2


ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

Do tính chất quan trọng như vậy, nên đã có nhiều công trình nghiên cứu
và có nhiều phương pháp tính toán phụ tải điện.
Nhưng vì phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đã trình bày ở
trên và sự biến động theo thời gian nên thực tế chưa có phương pháp nào tính
toán chính xác và tiện lợi phụ tải điện. nhưng hiện nay đang áp dụng một số
phương pháp sau để xác định phụ tải tính toán:
+ phương pháp tính theo công suất đặt và hệ số nhu cầu.
+ phương pháp tính theo hệ số cực đại và công suất trung bình.
+ phương pháp tính theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản
phẩm.
+ phương pháp tính theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất.
trong quá trình chuẩn bị thiết kế thì tuỳ theo quy mô, đặc điểm của công
trình (nhà máy, xí nghiệp...) tuỳ theo giai đoạn thiết kế là sơ bộ hay kỹ thuật
thi công mà chọn phương pháp tính toán phụ tải cho thích hợp.
1.1.1 Xác định phụ tải động lực của các phân xưởng.
Tính toán phụ tải điện là công việc bắt buộc và đầu tiên trong mọi công trình

cung cấp điện , giúp 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 quấ 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 – 8 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 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 8 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 :

k sdΣ =

ΣPi .k sdi
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

SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH

3

ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

tế ) . Các nhóm ở đây đều trên 4 thiết bị nên ta xác định tỷ số k =

Pmax
, sau đó
Pmin

Σ

so sánh k với kb là hệ số ứng với k sd của nhóm . Nếu k > kb , lấy nhd = n , là số
lượng thiết bị thực tế của nhóm . Ngược lại có thể tính n hd theo công thức
sau :
nhd =

( ΣP )

2

i

ΣPi2

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

- Cuối cùng phụ tải tính toán của cả nhóm là :
Ptt = knc. ΣPi
Phân nhóm phụ tải:
trong một phân xưởng thường có nhiều loại thiết bị có công suất và chế
độ làm việc rất khác nhau, muốn xác định phụ tải tính toán được chính xác
cần phải phân nhóm thiết bị điện. việc phân nhóm thiết bị điện cần tuân theo
các nguyên tắc sau:
Ø. các thiết bị điện trong cùng một nhóm nên ở gần nhau để giảm chiều
dài đường dây hạ áp nhờ vậy có thể tiết kiệm được vốn đầu tư và tổn thất trên
các đường dây hạ áp trong phân xưởng.
Ø. chế độ làm việc của các nhóm thiết bị trong cùng một nhóm nên giống
nhau nhờ đó việc xác định phụ tải tính toán được chính xác hơn và thuận tiện
cho việc lựa chọn phương thức cung cấp điện cho nhóm.
Ø. tổng công suất các nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại tủ động
lực cần dùng trong phân xưởng và toàn nhà máy. số thiết bị trong cùng một
nhóm không nên quá nhiều bởi số đầu ra của các tủ động lực không nhiều
thường từ 8 đến 12 đầu ra.
tuy nhiên thường thì rất khó thoả mãn cùng một lúc cả 3 nguyên tắc trên,
do vậy người thiết kế cần phải lựa chọn cách phân nhóm sao cho hợp lý nhất.
Ta chia thành 4 nhóm phụ tải như sau:

SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH

4


ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

Nhóm 1

TT

Tên
thiết bị

Số
lượ
ng

1

Phân
xưởng
điện
phân

2

Phân
xưởng
rơn gen

3

4

Phân
xưởng
đúc
Phân

xưởng
oxyt
nhôm

Kn

P

P2

P.cos
φ

P.kn

c

cos
φ

15
0

0.3
8

0.6
5

140

0

196000
0

910

532

80

0.4

0.5
5

700

385

280

30

0.4
4

0.7
6

880

774400

668.8

387.
2

30

0.4
4

0.6
4

370

136900

236.8

162.
8

335
0

336130

0

2200.
6

136
2

tổn
g

4900
00

c

- Số lượng hiệu dụng nhóm 1:
(∑ Pi ) 2
33502
n hdn1 =
=
= 3.34
∑ Pi2
3361300
- Hệ số sử dụng nhóm 1:
∑ Pi .k nci 1365
k ncn1 =
=
= 0.407
∑ Pi

3350
- Hệ số nhu cầu nhóm 1:

k ncn1 = k ncn1 +

1 − k ncn1
n hdn1

= 0, 407 +

1 − 0, 407
= 0, 73
3,34

- Tổng công suất phụ tải nhóm 1:
Pn1 = k ncn1. ∑ Pi = 0, 73.3350 = 2450, 44 kW

- Hệ số công suất của phụ tải nhóm 1:

SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH

5


ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

∑ Pi .cos ϕi
2200.6
=
= 0, 657

∑ Pi
3350

cosϕn1 =

Nhóm 2

TT

Tên thiết bị
khí nén

5
máy bơm
6
7
8
13
tổn
g

phân xưởng
đúc
phân xưởng
cơ khí-rèn
xưởng năng
lượng

S
ố

lượ
ng
1
0
1
2
6
0
4
0
4
0

kn
c
0.5
4
0.5
2
0.4
1
0.4
3
0.4
3

cos
φ
0.5
3

0.6
2
0.6
8
0.5
6
0.7
2

2

P

P

250

62500

300

90000

800
550
350
225
0

64000

0
30250
0
12250
0
12175
00

P.cos
φ

P.kn
c

132.5

135

186

156

544

328
236.
5
150.
5

308
252
1422.
5

1006

- Số lượng hiệu dụng nhóm 2:
(∑ Pi ) 2
22502
n hdn 2 =
=
= 4.16
∑ Pi2
1217500
- Hệ số sử dụng nhóm 2:
∑ Pi .k sdi 1006
k sdn 2 =
=
= 0, 45
∑ Pi
2250
- Hệ số nhu cầu nhóm 2:
k ncn 2 = k ncn 2 +

1 − k ncn 2
n ncn 2

= 0, 45 +

1 − 0, 45
= 0, 72
4,16

- Tổng công suất phụ tải nhóm 2:

Pn 2 = k ncn 2 . ∑ Pi = 0, 72.2250 = 1620kW
- Hệ số công suất của phụ tải nhóm 2:
cosϕn 2 =

SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH

∑ Pi .cos ϕi
1422.5
=
= 0, 63
∑ Pi
2250

6


ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

Nhóm 3

TT

Tên thiết bị
lò hơi

10
11
12
14

Số
lượn
g

30

kn
c
0.4
3
0.5
7
0.6
2
0.4
3

15

0.5

40
kho nhiên
liệu

kho vật liệu
vôi clorur
nhà điều
hanh,nhà ăn
garage oto

15
tổn
g

3
5

cos
φ
0.7
8
0.8
0.6
7
0.8
7
0.8
2

P

2

P.cos

φ

P.kn
c

624

344

800

P
64000
0

10

100

8

5.7

20

400

13.4

12.4

150

22500

130.5

64.5

25
100
5

625
66362
5

20.5

12.5
439.
1

796.4

- Số lượng hiệu dụng nhóm 3:
(∑ Pi ) 2
n hdn3 =
= 1.52
∑ Pi2

- Hệ số sử dụng nhóm 3:
∑ Pi .k sdi
k sdn3 =
= 0.44
∑ Pi
- Hệ số nhu cầu nhóm 3:
k ncn3 = k sdn3 +

1 − k sdn 3
= 0.89
n hdn3

- Tổng công suất phụ tải nhóm 3:
Pn3 = k ncn3 . ∑ Pi = 897.8 kW
- Hệ số công suất của phụ tải nhóm 3:

cosϕn3 =

SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH

∑ Pi .cos ϕi
= 0.79
∑ Pi

7


ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

Ta có bảng tổng kết sau:

TT
1
2
3

Phụ
tải
Nhó
m1
Nhó
m2
Nhó
m3
tổng

cosφn

Kncni

i

Pni

P2ni

Pni.cosφn
i

Pni.kncni

0.73

0.65
7

2450

6004656.
2

1609.94

1788.8

0.72

0.63

1260

1587600

793.8

907.2

0.89

0.79

897.
8
4608

806044.8
4
8398301

709.262

799.04

3113

3495.1

- Số lượng hiệu dụng:
n hd =

(∑ Pni ) 2
= 2.53
∑ Pni2

- Hệ số sử dụng phụ tải động lực:
∑ Pni .k sdni
k sd ∑ =
= 0.76
∑ Pni
- Hệ số nhu cầu phụ tải động lực:
k nc ∑ = k sd ∑ +

1 − k sd ∑
n hd

= 0, 76 +

1 − 0, 76
= 0,91
2.53

- Tổng công suất phụ tải động lực:

Pdl ∑ = k nc ∑ . ∑ Pni = 0,91.4608 = 4193.3 kW
- Hệ số công suất trung bình của phụ tải tổng hợp:
cosϕtb =

∑ Pni .cos ϕni
= 0.67
∑ Pni

1.1.2 Phụ tải chiếu sáng .

SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH

8


ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

Trong thiết kế chiếu sáng, vấn đề quan trọng nhất phải quan tâm là đáp ứng

các yêu cầu về độ rọi và hiệu quả của chiếu sáng đối với thị giác. Ngoài độ rọi,
hiệu quả của chiếu sáng còn phụ thuộc vào quang thông, màu sắc ánh sáng, sự
lựa chọn hợp lý cùng sự bố trí chiếu sáng vừa đảm bảo tính kinh tế và mỹ
quan hoàn cảnh. Thiết kế chiếu sáng phải đảm bảo các yêu cầu sau:
-

Không bị loá mắt

-

Không loá do phản xạ

-

Không có bóng tối

-

Phải có độ rọi đồng đều

-

Phải đảm bảo độ sáng đủ và ổn định

-

Phải tạo ra được ánh sáng giống ánh sáng ban ngày.

Các hệ thống chiếu sáng bao gồm chiếu sáng chung, chiếu sáng cục bộ
và chiếu sáng kết hợp ( kết hợp giữa cục bộ và chung ) . Do yêu cầu thị giác

cần phải làm việc chính xác, nơi mà các thiết bị cần chiếu sáng mặt phẳng
nghiêng và không tạo ra các bóng tối sâu thiết kế cho phân xưởng thường sử
dụng hệ thống chiếu sáng kết hợp.
Chọn loại bóng đèn chiếu sáng: gồm 2 loại: bóng đèn sợi đốt và bóng đèn
huỳnh quang. Các phân xưởng thường ít dung đèn huỳnh quang vì đèn huỳnh
quang có tần số là 50Hz thường gây ra ảo giác không quay cho các động cơ
không đồng bộ, nguy hiểm cho người vận hành máy, dễ gây ra tai nạn lao
động. Do đó người ta thường sử dụng đèn sợi đốt cho các xi nghiệp công
nghiệp.
Vì xưởng sản xuất có nhiều máy điện quay nên ta chọn đèn sợi đốt với
công suất 200 W và quang thông F = 3000 lumen (tra bảng 45.pl)

SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH

9


ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

Phân
xưởng
1
2
3
4
5
6
7
8
9

10
11
12
13
14
15

Diện
tích(m2)

Lượng bóng
đèn

Tổng công
suất(kW)

56250
15000
11250
10000
2500
2500
20000
2500
2500
50000
2500
2500
5000
7500

5000

4218
1125
843.75
750
187.5
187.5
1500
187.5
187.5
3750
187.5
187.5
375
562.5
375

843
225
168.75
150
37.5
37.5
300
37.5
37.5
750
37.5
37.5

75
112.5
75

195000

14624.25

2924.25

1.1.3 Phụ tải thông thoáng và làm mát
Phân xưởng trang bị 40 quạt trần mỗi quạt có công suất là 120 W và 10 quạt
hút mỗi quạt 80 W, hệ số công suất trung bình của nhóm là 0,75
Tổng công suất thông thoáng và làm mát là:P lm = 40.120 +10.80 = 5600 W
= 5,6 kW
1.2 xác định phụ tải của các phân xưởng.
Kết quả tính toán phụ tải:

SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH

10


ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

Số
thứ tự

Phụ tải

1

Chiếu sáng

2

Thông thoáng, làm mát

3

Động lực

P;
kW

cosφ

2924

1

5.6

0.75

4193

0.67

Xác định phụ tải tổng hợp theo phương pháp số gia:

- Tổng công suất tính toán của 2 nhóm phụ tải chiếu sáng và làm mát:
5, 6
kW
Pcslm = 2924 + (( ) 0,04 − 0, 41).5, 6 = 2927
5
Tổng công suất tác dụng tính toán toàn phân xưởng:
2927 0,04
P∑ = 4193 + ((
) − 0, 41).2927 = 6769 kW
5
- Hệ số công suất tổng hợp:

∑ Pi .cos ϕi 2924.1 + 5, 6.0, 75 + 4193.0, 67
=
= 0.8
∑ Pi
2924 + 5, 6 + 4193
- Công suất biểu kiến của phụ tải phân xưởng:
cos ϕ∑ =

 S∑ =

P∑
6769
=
= 8403 kVA
Cosϕ∑
0,8

 Q ∑ = S∑ .Sinϕ∑ = 8403. 1 − 0,82 = 5041

1.3. vẽ biểu đồ phụ tải toàn xí nghiệp
● trạm biến áp là một trong những phần tử quan trọng của hệ thống cung
cấp điện xí nghiệp công nghiệp, việc bố trí hợp lý các trạm biến áp trong phạm
vi nhà máy, xí nghiệp là một vấn đề quan trọng, xây dựng sơ đồ cung cấp điện
có chỉ tiêu về kinh tế kỹ thuật đảm bảo,chi phí hàng năm là ít nhất, hiệu quả
cao,
để xác định được các vị trí đặt biến áp, trạm phân phối chính, các trạm
biến áp xí nghiệp công nghiệp ta xây dựng biểu đồ phụ tải trên toàn bộ mặt
bằng nhà máy, tâm phụ tải là vị trí thích hợp nhất để đặt các trạm biến áp, trạm
biến áp phân phối và tủ động lực,

SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH

11


ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

biểu đồ nhà máy có vòng tròn có diện tích bằng phụ tải tính toán của phân
xưởng theo tỷ lệ đã chọn :
Si
π *m
với : + Si là phụ tải tính toán của phân xưởng thứ i (kVA)
+ ri là bán kính vòng tròn biểu đồ phụ tải của phân xưởng thứ i (cm,m)
+ m là tỷ lệ xích (kVA/mm2) hay (kVA/m2) ⇒ chọn m = 5 kVA/mm2
mỗi phân xưởng có một biểu đồ phụ tải, tâm của đường tròn biểu đồ phụ
tải trùng với tâm phụ tải phân xưởng, các trạm biến áp được đặt gần sát tâm
phụ tải
mỗi biểu đồ phụ tải trên vòng tròn được chia làm hai phần hình quạt tương

ứng với phụ tải động lực và phụ tải chiếu sáng, làm mát ,
góc chiếu sáng, làm mát được tính theo biểu thức ,
a = ( 360 . Pcs-lm ) / P∑

Si = Π * ri2 * m

suy ra : ri =

2

1

4

3

8
7

5

6

9
1
3

10

1

4

1
1

Biểu đồ phụ tải toàn nhà máy

SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH

12


ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

Chương II
XÁC ĐỊNH SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CỦA MẠNG
ĐIỆN NHÀ MÁY
2.1 chọn cấp điện áp phân phối.

● biểu thức kinh nghiệm để lựa chọn cấp điện áp truyền tải là :

U = 4.34 l + 0.016 P

(kV)

trong đó :
P – công suất tính toán của nhà máy(kW)
L - khoảng cách từ trạm biến áp trung gian về nhà máy (km)
ta có

U= 4,13. 256,24.10−3 + 0,016.6769 =43.03 (kV)

trạm biến áp trung gian có các mức điện áp là 35kV và 22kV, như vậy ta
chọn cấp điện áp cung cấp cho nhà máy là 35 kV.
2.2 xác định vị trí đặt trạm biến áp phân phối trung tâm.

SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH

13


ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

Việc chọn vị trí của trạm biến áp trong một phân xưởng cần phải tiến hành
so sánh kinh tế - kỹ thuật. Muốn tiến hành so sánh kinh tế - kỹ thuật cần phải
sợ bộ xác định phương án cung cấp điện trong nội bộ phân xưởng. Trên cơ sở
các phương án đã được chấp thuận mới có thể tiến hành so sánh kinh tế - kỹ
thuật để chọn vị trí số lượng trạm biến áp trong phân xưởng.
Vị trí của trạm biến áp cần phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản
- 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 vv.
- Tổng tổn thất công suất trên các đường dây là nhỏ nhất.
Vị trí trạm biến áp thường được đặt ở liền kề, bên ngoài hoặc ở bên trong
phân xưởng.
Trạm biến áp đặt ở bên ngoài phân xưởng, hay còn gọi là trạm độc lập, được
dùng khi trạm cung cấp cho nhiều phân xưởng, khi cần tránh các nơi, bụi bặm

có khí ăn mòn hoặc rung động, hoặc khi không tìm được vị trí thích hợp bên
trong hoặc cạnh phân xưởng.
Trạm .ây dựng liền kề được dùng phổ biến hơn cả vì tiết kiệm về .ây dựng và
ít ảnh hưởng tới các công trình khác.
Trạm .ây dựng bên trong được dùng khi phân xưởng rộng có phụ tải lớn. Khi
sử dụng trạm này cần đảm bảo tốt điều kiện phòng nổ, phòng cháy cho trạm.
công suất tòa nhà máy là Snm = 6769 kVA, với công suất như vậy nên đặt
trạm biến áp trung gian (BATG 35/10) nhận điện 35kV từ hệ thống về , hạ
xuống điện áp 10kV rồi phân phối cho các trạm biến áp phân xưởng (BAPX),
các TBA phân xưởng đều hạ từ cấp điện áp 10kV xuống 0,4kV để cung cấp
cho phân xưởng, MBA phân xưởng ta dự định đặt một số trạm tuỳ theo phụ tải
tính toán của các phân xưởng,
tọa độ trạm biến áp trung tâm được xác định theo biểu thức :
∑ S i X i = 1158483,302 = 130,45
Xb =
8880, 67
∑ Si
Yb =

∑S Y
∑S

i i
i

trong đó :

=

1018415,59

8880,37

= 114,68

Si
- công suất của phân xưởng thứ i
Xi, Yi - toạ độ tâm phụ tải của phân xưởng thứ i

SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH

14


ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

Đó là vị trí tốt nhất để đặt trạm biến áp trung tâm và tọa độ của trạm là :
0 ( 130,45 ; 114,68 )
2.3 chọn công suât và số lượng máy biến áp của trạm biến áp nhà máy
và các trạm biến áp phân xưởng.
2.3.1 chọn máy biến áp cho nhà máy.
dung lượng các máy biến áp được chọn theo điều kiện:
n.khc.Sđmb ≥ Stt
và kiểm tra theo điều kiện sự cố một máy biến áp (với trạm có nhiều hơn
1 MBA):
(n - 1).khc.kqt.Sđmb ≥ Stt Sc
trong đó:
n: số máy biến áp đặt trong trạm,
khc: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ mụi trường, ta chọn loại MBA chế
tạo ở việt nam nên không cần hiệu chỉnh nhiệt độ, khc = 1,
kqt: hệ số quá tải sự cố, k qt = 1,4 nếu MBA vận hành trong chế độ quá

tải sự cố không quá 5 ngày đêm,thời gian quá tải trong một ngày đêm không
vượt quá 6 giờ và trước khi quá tải MBA vận hành với hệ số tải kt ≤ 0,93
Stt sc: công suất tính toán sự cố, khi sự cố một MBA có thể loại bỏ một
số thiết bị không quan trọng để giảm nhẹ sự quá tải MBA, nhờ vậy có thể
giảm nhẹ được vốn đầu tư và tổn thất của trạm trong chế độ làm việc bình
thường,
nhà máy là hộ loại I nên TBAtg phải đặt hai máy biến áp với công suất được
chọn theo điều kiện:
n . SđmB ≥ Stt Σ = 8403(kVA)
do phụ tải loại 1 và loại 2 chiếm 78% công suất nên không thể để xảy ra tình
trạng mất điện.
Như vậy ta chọn hai máy biên áp có công suất 5600kVA
Đối với phương án này 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 nhà máy, Để đảm bảo tương đồng về kỹ
thuật của các phương án cần phải xét đến thành phần thiệt hại do mất điện khi có
sự cố xảy ra trong các máy biến áp.
Hàm chi phí tính toán quy đổi cho từng phương án:
Z = p.V + C + Yth đ/năm .
C: thành phần chi phí do tổn thất. C = ∆A.c∆
Với c∆ : giá thành tổn thất điện năng.

SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH

15


ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

Yth : thiệt hại do mất điện
Yth =

: đơn giá do thiệt hại mất điện,10000 đ/kWh
: công suất thiêu hụt trong khi mất điện
:thời gian mất điện,với trạm biến áp tiêu thụ là 24h/năm
Hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn đầu tư:
i(1 + i)Th
0,1(1 + 0,1) 25
=
= 0,11
atc =
(1 + i)Th − 1 (1 + 0,1) 25 − 1

Th là tuổi thọ của trạm biến áp lấy bằng 25 năm.
Hệ số khấu hao của trạm biến áp thể lấy bằng 6,4 % tra bảng 31.pl (TK1)
Do đó : pBA = atc + kkh = 0,11 + 0,064 = 0,174
Khi so sánh thiệt hại do mất điện chỉ cần xét đến phụ tải loại I và loại II,
vì có thể coi phụ tải loại III ở các phương án là như nhau:
Phụ tải trong thời gian sự cố 1 máy biến áp
Ssc = Stt. m1+2 = 8403.0,78 = 6554( kVA )
Hệ số quá tải:
K qt =

S sc 6554
=
= 1.17 < 1.4
S n 5600

Như vậy máy biến áp có thể làm việc quá tải khi xảy ra sự cố,
thời gian tổn thất công suất cực đại

có thể được xác định theo biểu thức

sau:
τ = (0,124 + TM .10−4 ).8760 = (0,124 + 4480.10−4 )8760 = 5010 (h)

Tổn thất trong máy biến áp được xác định theo biểu thức:

SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH

16


ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

= 2.1,5.8760 +

4,1.84032
.5010 = 47715,81(kWh)
2.56002

Chi phí cho thành phần tổn thất là:
C =47715,81.103 = 47,71.106 đ
Công suất thiếu hụt khi mất điện bằng 10% công suất của phụ tải
Pth1 = 0,1.255= 25,5 (kW)
Do đó thiệt hại do mất điện là:
Yth1 = Pth1.gth.tf = 25,5.10000.24 = 61,2.106 (đ)
Vậy tổng chi phí qui đổi của phương án :
Z2 = 0,174.104,2+47,71+61,2=127.106 đ

2.3.2 chọn máy biến áp phân xưởng.

Mỗi nhóm phụ tải ta chọn một máy biến áp 10/0.4
Nhóm 1:
2450
= 2152,9kVA
3.0, 657
( n – 1 ) . k . SđmB ≥ Stt Σ

S1 =

⇒ Sđm b ≥

0,86.STT Σ
= 1321 (kVA)
1, 4

vậy tại trạm biến áp sẽ đặt 2 MBA loại : 1000 kVA – 10/0.4 kV, do Liên Xô cũ
chế tạo.

Nhóm 2:
S2 =

1620
= 1484kVA
3.0, 63

( n – 1 ) . k . SđmB ≥ Stt Σ
⇒ Sđm b ≥

0,86.STT Σ
= 911 (kVA)

1, 4

Ta chọn máy biến áp loại 1000kVA – 10/0.4 kV

SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH

17


ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

Nhóm 3:
Phụ tải chiếu sáng và làm mát ta tính cả vào nhóm phụ tải nhóm
3

897,8 + 2929
= 2826kVA
3.0, 79
( n – 1 ) . k . SđmB ≥ Stt Σ

S3 =

0,86.STT Σ
= 1735 (kVA)
1, 4
Chọn 2 máy biến áp 1000kVA-10/0.4kV
⇒ Sđm b ≥

Ta chọn máy biến áp loại 2000kVA – 10/0.4 kV
2.4 Chọn dây dẫn.

2.4.1Chọn dây dẫn từ nguồn đến trạm biến áp nhà máy :

Theo dữ kiện bài cho thì khoảng cách từ nguồn đến trung tâm nhà máy là
L = 256.24 m, hướng của nhà máy là tây bắc, dây dẫn được chọn là dây nhôm
lõi thép , lộ kép , dây đi trên không, loại dây này dẫn điện rất tốt lại đảm bảo
được độ bền cơ học, do đó được sử dụng rộng rãi trong thực tế,
với thời gian sử dụng công suất cực đại là Tm = 4480h, và dùng loại dây
AC cho toàn mạng nên ta tiến hành tra bảng ta có jkt = 1,2 (A/mm2)
dòng điện chạy trên dây dẫn : Itt =
tiết diện dây cần thiết :

Fd =

S NM
2 3 *U dm

I TT
J KT

=

=

8403
2. 3.35

= 69,3(A)

69,3
=57,7 (mm 2 )

1, 2

tra bảng dựa theo tiêu chuẩn chọn dây AC – 70, có Icp = 170A , ro = 0.443 và x0 =
0.137
kiểm tra điều kiện phát nóng : sự cố nặng nề nhất là khi bị đứt một mạch khi đó
dòng điện lớn nhất chạy trên dây dẫn là :
Iscmax = 2 .Itt= 2 . 69,3 = 138,6 (A)
điều kiện cho phép :
Isc max ≤ k1 . k2 . Icp = 0,93 . 1 . 170 = 158,1 (A)

SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH

18


ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

ta thấy Iscmax = 138.6 < Icp = 158,1 ( thỏa mãn ) ⇒ dây dẫn đã chọn đạt yêu cầu

2.4.2 lựa chọn dây dẫn từ TBA TT về trạm biến áp phân xưởng.
a.trạm biến áp nhóm 1
Chọn dây dẫn từ trạm biến áp về tủ phân phối là cáp đồng 3 pha được lắp
đặt trong rãnh ngầm.
Dòng điện chạy trên đường dây:
I=

S
2450
=
= 141.45 A

3.U
3.10

( U=10 kV do dây dẫn đang xét nằm ở phía hạ áp so với trạm biến áp ).
Mật độ dòng điện kinh tế ứng với TM = 4480 của cáp đồng là 3,1 A/mm2
(bảng 9A.pl.BT)
Vậy tiết diện kinh tế của dây cáp là:
F=

I

j

=
kt

141.45
= 45.63 mm2
3,1

Ta chọn cáp AC-50 có r0 = 0,64 Ω/km, x.0 = 0,392 Ω/km (theo bảng
20B.pl.BT)
b.trạm biến áp nhóm 2.
Dòng điện chạy trên đường dây:
I=

S
1620
=
= 93.53 A

3.U
3.10

( U=10 kV do dây dẫn đang xét nằm ở phía hạ áp so với trạm biến áp ).
Mật độ dòng điện kinh tế ứng với TM = 4480 của cáp đồng là 3,1 A/mm2
(bảng 9A.pl.BT)
Vậy tiết diện kinh tế của dây cáp là:
F=

I

j

=
kt

93.53
= 30.17 mm2
3,1

Ta chọn cáp AC-35 có r0 = 0,92 Ω/km, x.0 = 0,4 Ω/km (theo bảng
22B.pl.BT)
c.trạm biến áp nhóm 3.
Dòng điện chạy trên đường dây:
I=

S
897,8
=
= 51.83 A

3.U
3.10

( U=10 kV do dây dẫn đang xét nằm ở phía hạ áp so với trạm biến áp ).
Mật độ dòng điện kinh tế ứng với TM = 4480 của cáp đồng là 3,1 A/mm2
(bảng 9A.pl.BT)
Vậy tiết diện kinh tế của dây cáp là:

SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH

19


ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

F=

I

j

=
kt

51.83
= 16.72 mm2
3,1

Ta chọn cáp AC-25 có r0 = 1.28 Ω/km, x.0 = 0,412 Ω/km (theo bảng
22B.pl.BT)

2.4.3 chọn dây dẫn từ trạm biến áp nhóm 1 đến các xí nghiệp công nghiệp
+ dòng điện từ máy biến áp nhóm 1 đến xí nghiệp 1.
Dòng điện chạy trên đường dây:
I=

P
1400
=
= 327.2 A
3.cosϕU
3.0, 65.0, 38

( U=0,38 kV do dây dẫn đang xét nằm ở phía hạ áp so với trạm biến áp ).
Mật độ dòng điện kinh tế ứng với TM = 4480 của cáp đồng là 3,1 A/mm2
(bảng 9A.pl.BT)
Vậy tiết diện kinh tế của dây cáp là:
F=

I

j

=
kt

327.2
= 105.5 mm2
3,1

Ta chọn cáp AC-120 có r0 = 0,27 Ω/km, .0 = 0,3 Ω/km (theo bảng

20B.pl.BT)
Tính toán tương tự ta có bảng sau:
STT

I

F(mm2)
1055.91
623.9471
567.6511
283.422
4
231.2472

600
600
600
300

0.06
0.06
0.06
0.11

0.293
0.293
0.293
0.382

300

0.11

0.382

237.2149
576.757
8
481.489
8
502.814
5
6.12805
2

300
600

0.11
0.06

0.382
0.293

500

0.07

0.295

600

0.06

0.293

25

1.28

0.35

1
2
3
4

Công
suất,P
1400
700
880
370

5

250

6
7

300
800

3273.322
1934.236
1759.718
878.609
4
716.866
4
735.3662
1787.949

8

550

1492.618

9

800

10

10

1558.72
5

18.99696

SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH

AC

ro

xo

20


ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

11

20

12

350

13

150

14

25

45.3658
8
738.770
7
262.027
46.3340
5

14.63415

25

1.28

0.35

238.313
1
84.5248
5
14.94647

300

0.11

0.382

95

0.34

0.3

25

1.28

0.35

2.4.4 chọn dây dẫn từ mạng điện đến trạm biến áp trung tâm:
I=

S
8403
=
= 44.1 A
3U
3.110

Mật độ dòng điện kinh tế ứng với T = 4480 là 1.2
F=

I
44.1
=
= 36.75
j kt 1.2

Chọn dây AC 50 có

r0 = 0.64 và x0= 0.441

2.5 lựa chọn sơ đồ nối điện từ trạm biến áp nhà máy đến các phân
xưởng.
Ta lựa chọn giữa các phương án nối dây từ trạm biến áp trung tâm đến các
trạm biến áp phân xưởng và đến các xí nghiệp công nghiệp.
Phương án 1.

SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH

21


ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

TBA
N1

1

TBATT

7
10

2

TBA N2

5 6

3

13

4

8
9

TBA N3

11

12

15

14

Từ trạm biến áp kéo dây trực tiếp đến các trạm phân xưởng theo sơ đồ
hình tia ,
Ưu điểm :có tổng chiều dài hình học nhỏ nhất , giảm được vốn đầu tư xây
dựng, giảm tổn thất và nâng cao năng lực truyền tải,
Nhược điểm : không thuận tiện cho thi công, vận hành và phát triển mạng
điện, độ tin cậy cung cấp điện không cao, các thiết bị sử dụng rất đắt và yêu
cầu trình độ vận hành cao, nó chỉ phù hợp với các nhà máy có phụ tải lớn và
tập trung nên nó không có tính khả thi, ta không xét đến phương án này,

SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH

22


ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

Phương án 2

TBA
N1

1

TBATT

7
10

2

TBA N2

5 6

3

13

4

8
9

TBA N3

11

12

15

14

Cũng tiến hành kéo dây trực tiếp từ trạm biến áp đến các phân xưởng,nhưng
theo đường bẻ vuông góc.Các đường cáp này được xây dựng dọc theo các mép
đường và nhà xưởng.Do đó sẽ thuận tiện cho việc thi công,vận hành và phát triển
mạng điện.Tuy nhiên chiều dài các tuyến dây sẽ nhiều hơn so với phương án 1.
Từ hai sơ đồ trên ta thấy rằng dây dẫn điện của phương án 2 sẽ tiết kiệm và
kinh tế hơn.Như vậy ta chọn phương án 2 để thực hiện.

SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH

23


ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

CHƯƠNG III. TÍNH TOÁN ĐIỆN

3.1 XÁC ĐỊNH TỔN HAO ĐIỆN ÁP TRÊN ĐƯỜNG DÂY VÀ TRONG
MÁY BIẾN ÁP
3.1.1 tổn hao điện áp từ trạm biến áp trung tâm đến các trạm biến áp phân
xưởng.
+ từ TBA TT đến TBA N1:
Khoảng cách từ trạm biến áp TT về MBA là 20m.
p.r 0 + Q. x 0
2450.0,64 + 2683.0,329
.L =
.0,02 = 128 V
 ∆U =
0,38
Un
Tổn thất điện năng:
2
P2 + Q
ΔA =
. r 0 .L.τ
U2n
2

2

+
= 2450 2683
0,38
2

-3

.0, 64.0, 02.3070, 07.10 = 5861, 6 kWh/năm

Chi phí tổn thất điện năng:
C = ∆A.c∆ =5861,6 . 1000 = 5,862.106 đ/năm
Vốn đầu tư của đoạn dây:
V = v0.L =374,4 . 106. 0,02= 7,48.106 đ
Chi phí quy đổi:
Z = p . V + C = (atc + kkh) . V + C
= (0,11 + 0,065) . 7,48. 106 +5,862.106
=7,169. 106 đ

SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH

24


ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

Tính toán tương tự ta có 2 nhóm sau:
Tt
Nhóm 1
Nhóm 2
Nhóm 3

∆U (V)

∆A (kWh/nam)

128
114

106

5861
5364
459

V(106đ)
7.48
7.13
6.89

Z(106đ)
7.169
7.023
6.78

3.1.2 tổn hao từ trạm biến áp phân xưởng đến các xí nghiệp.
+ từ TBA N 1 đến xí nghiệp 1.
Tổn thất điện áp:
ΔU =

P.r 0 + Q.x 0

U

.L =

n

1400.0, 27 + 1560.0,3

.6.0, 001 = 13,3 V
0,38

Tổn thất điện năng:
ΔA = P

2

+Q
U

2
n

2

. r 0 Lτ
2

+
= 1400 1560
0,38
2

2

.0, 6.0, 006.3070,1.10

-3

=457,2 kWh
Chi phí tổn thất điện năng:
C = ∆A.c∆ = 457,2 . 1000 = 0,457.106 đ/năm
Vốn đầu tư của đoạn dây:
V = v0.L = 125 . 106. 0,006 = 0,7.106 đ
Chi phí quy đổi:
Z = p .V + C = (atc + kkh) . V + C
= (0,11 + 0,065) .0,7 . 106 +0,457.106
= 0,59. 106 đ

SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH

25