HUONG DAN DO AN THIET KE CUNG CAP DIEN 2017

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

HƯỚNG DẪN ĐỒ ÁN

THIẾT KẾ
CUNG CẤP ĐIỆN
XÍ NGHIỆP - CÔNG NGHIỆP
Writer: ThS. Trần Nguyễn Nhật Phương
Email:

Đồ án: Thiết kế mạch điện công nghiệp

Tài liệu: lưu hành nội bộ

1


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Hướng dẫn đồ án môn học thiết kế cung cấp điện
Tác giả: Phan Thị Thanh Bình, Dương Hương Lan, Phan Thị Thu Vân
NXB: Đại học Quốc gia TP.HCM
2. Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC
Nhóm tác giả dịch:
NXB: Khoa học và Kỹ thuật.
3. Hướng dẫn chọn cáp điện theo TCVN 7447-5-52:2010 (IEC 603645-52:2009
Tác giả: Trần Nguyễn Nhật Phương
Tài liệu: Lưu hành nội bộ
4. Tiêu chuẩn lắp đặt điện hạ áp TCVN 7447:2010 (IEC 60364:2009)
5. Schneider - Electrical Installation Guide 2015

Đồ án: Thiết kế mạch điện công nghiệp

Tài liệu: lưu hành nội bộ

2


NỘI DUNG

1.1. Tổng quan về nhà máy
1.2. Tính toán phụ tải điện nhà máy

1.3. Bù công suất phản kháng và chọn MBA
1.4. Lựa chọn dây dẫn và kiểm tra sụt áp
1.5. Tính ngắn mạch và chọn thiết bị đóng cắt
1.6. Tính chọn nối đất an toàn cho nhà máy
1.7. Thiết kế, tính toán hệ thống chống sét
Đồ án: Thiết kế mạch điện công nghiệp

Tài liệu: lưu hành nội bộ

3


1.1. Tổng quan về nhà máy
 Tên và vị trí địa lý của nhà máy.
 Đặc điểm công nghệ, nhiệm vụ sản xuất của nhà máy.

 Sơ đồ mặt bằng nhà máy, phân xưởng.
 Sơ đồ bố trí máy công nghệ và phụ tải điện.
 Đặc điểm tính chất của môi trường xung quanh khu vực sản xuất.

 Đặc điểm cung cấp điện của khu vực.

 Đặc tính phụ tải điện, hạng phụ tải.
 Công suất lý lịch các thiết bị và các thông số của chúng.
 Sơ đồ mặt bằng các xưởng và công suất các thiết bị.

Đồ án: Thiết kế mạch điện công nghiệp

Tài liệu: lưu hành nội bộ

4


1.1. Tổng quan về nhà máy
 Sơ đồ bố trí phụ tải động lực của phân xưởng, nhà máy theo kí hiệu

mặt bằng (KHMB).
7

7

6

6

5

5

8

10

9

10
8

9
10

12
4

13

4
11

3

3

3

1
2

Kho

1
2

2

Văn phòng

Quản
lý

P. sinh
hoạt

0
Đồ án: Thiết kế mạch điện công nghiệp

Tài liệu: lưu hành nội bộ

5


1.1. Tổng quan về nhà máy
Ví dụ bảng thông số phụ tải của phân xưởng, nhà máy.
STT

Tên thiết bị

KHMB

Pđm (kW)

S.L

Ksd

cos

Uđm (V)

1

Động cơ bơm dầu

1

22,00

2

0.75

0.75

380

2

Quạt làm mát

2

15,00

4

0.75

0.75

380

3

Bộ đốt gữi nhiệt

3

75,00

6

0.8

1

380

4

Động cơ bơm dầu

4

22,00

6

0.7

0.75

380

5

Động cơ quay mân

5

18,00

6

0.7

0.75

380

6

Động cơ kẹp khuôn

6

7,50

6

0.7

0.75

380

7

Quạt làm mát

7

15,00

6

0.7

0.75

380

8

Động cơ đèn đốt

8

2,75

18

0.7

0.75

380

9

Động cơ băng chuyền

9

2,50

6

0.7

0.75

380

10

Buồng đốt điện trở

10

35,00

9

0.7

1

380

11

Động cơ băng chuyền

11

5,50

3

0.7

0.75

380

12

Buồng đốt điện trở

12

22,00

9

0.7

1

380

13

Động cơ băng chuyền

13

5,50

3

0.7

0.75

380

14

Máy nén khí

14

22,00

8

0.6

0.80

380

15

Máy tạo Oxy

15

75,00

2

0.6

0.80

380

16

Máy tiện

16

5,50

4

0.4

0.75

380

17

Máy khoan bàn

17

2,50

2

0.4

0.75

380

18

Máy mài

18

1,50

2

0.4

0.75

380

19

Động cơ bằng chuyền

19

7,50

4

0,7

0,75

380

Đồ án: Thiết kế mạch điện công nghiệp

Tài liệu: lưu hành nội bộ

6


1.2. Tính toán phụ tải điện cho nhà máy
1.2.1. Phân nhóm phụ tải.


Mục đích của việc phân nhóm phụ tải là để chọn tủ cấp điện.



Trong nhà máy nên phân nhóm phụ tải sao cho công suất của các
nhóm thiết bị (TĐL) đều nhau để đơn giản hóa trong việc lựa chọn

dây dẫn, thiết bị bảo vệ và thiết bị dự phòng.



Công suất mỗi nhóm phụ tải nên chọn: Pnh  300kW để chọn các
thiết bị bảo vệ dễ dàng và giảm chi phí đầu tư, vì các thiết bị bảo vệ
(CB…) có dòng cắt càng lớn thì chi phí đầu tư càng cao.



Số lượng thiết bị trong một nhóm thiết bị không quá lớn (n  20
thiết bị), tuy nhiên tùy vào sơ đồ bố trí phụ tải có thể chọn cho phù
hợp.



Thông thường thì người ta sử dụng một trong hai phương pháp sau:

Đồ án: Thiết kế mạch điện công nghiệp

Tài liệu: lưu hành nội bộ

7


1.2. Tính toán phụ tải điện cho nhà máy
 Phân nhóm theo dây chuyền sản xuất và tính chất công việc.

Phương pháp này có ưu điểm là đảm bảo tính linh hoạt trong vận hành
cũng như bảo trì, sửa chữa.

Chẳng hạn như khi nhà máy sản xuất dưới công suất thiết kế thì có thể
cho ngừng làm việc một vài dây chuyền mà không làm ảnh hưởng đến hoạt
động của các dây chuyền khác, hoặc khi bảo trì, sửa chữa thì có thể cho
ngừng hoạt động của từng dây chuyền riêng lẻ,…

Nhưng phương án này có nhược điểm sơ đồ phức tạp, chi phí lắp đặt
khá cao do có thể các thiết bị trong cùng một nhóm lại không nằm gần nhau
cho nên dẫn đến tăng chi phí đầu tư về dây dẫn, ngoài ra thì đòi hỏi người
thiết kế cần nắm vững quy trình công nghệ của nhà máy.

Đồ án: Thiết kế mạch điện công nghiệp

Tài liệu: lưu hành nội bộ

8


1.2. Tính toán phụ tải điện cho nhà máy
 Phân nhóm theo vị trí trên mặt bằng.

Phương pháp này có ưu điểm là dễ thiết kế, thi công, chi phí lắp đặt
thấp, tiết kiệm dây dẫn. Tuy nhiên có nhược điểm là kém tính linh hoạt khi
vận hành sửa chữa so với phương pháp thứ nhất.

Do vậy mà tuỳ vào điều kiện thực tế mà người thiết kế lựa chon phương
án nào cho hợp lý.

Đồ án: Thiết kế mạch điện công nghiệp

Tài liệu: lưu hành nội bộ

9


1.2. Tính toán phụ tải điện cho nhà máy
1.2.2. Xác định tâm phụ tải động lực.
Mục đích:
 Xác định tâm phụ tải là nhằm xác định vị trí hợp lý nhất để đặt các tủ

động lực (TĐL) và tủ phân phối (TPP). Vì khi đặt TĐL hoặc TPP tại vị trí
đó thì ta sẽ thực hiện được việc cung cấp điện với tổn thất điện áp và tổn
thất công suất nhỏ, giảm chi phí kim loại màu.
 Tuy nhiên, việc lựa chọn vị trí cuối cùng còn phụ thuộc vào các yếu tố

khác như: đảm bảo tính mỹ quan, thuận tiện và an toàn trong thao tác,
v.v…
 Ta có thể xác định tâm phụ tải cho nhóm thiết bị (để định vị trí đặt

TĐL), của một phân xưởng, vài phân xưởng hoặc của toàn bộ nhà máy (để
xác định vị trí đặt TPP). Nhưng để đơn giản công việc tính toán thì ta chỉ
cần xác định tâm phụ tải cho các vị trí đặt TPP. Còn vị trí đặt TĐL thì chỉ
cần xác định một cách tương đối bằng ước lượng sao cho vị trí đặt tủ nằm
cân đối trong nhóm thiết bị và ưu tiên gần các động cơ có công suất lớn.
Đồ án: Thiết kế mạch điện công nghiệp

Tài liệu: lưu hành nội bộ

10

1.2. Tính toán phụ tải điện cho nhà máy
Xác định tâm phụ tải:
 Dựa vào kí hiệu mặt bằng (KHMB) trên sơ đồ bố trí phụ tải để xác
định vị trí tâm phụ tải của một thiết bị (TB)
 Xác định tâm phụ tải của các thiết bị (nhóm thiết bị: TĐL).
 Xác định tâm phụ tải của các nhóm thiết bị (phân xưởng: TPPPX)
 Xác định tâm phụ tải của các phân xưởng (TPPNM - TPPC)
Phương pháp xác định tâm phụ tải được trình bày ở tiểu mục 4.3.4,
mục 4.3, chương 4 môn Cung cấp điện xí nghiệp công nghiệp.
Kết quả tính tâm phụ tải của nhóm thiết bị thứ i:
STT
1
2
…
n

Tên thiết bị
Máy hàn
Máy mài
…
Thiết bị thứ n
TĐLi

Đồ án: Thiết kế mạch điện công nghiệp

KHMB

Pđmi

Xi

Yi

1.1
1.2
…
…

30
30
…
…

10
10
…
…

15.5
13.5
…
…

∑Pđmi

11.7

15.5

Tài liệu: lưu hành nội bộ

Pđmi.Xi

Pđmi.Yi

∑Pđmi.Xi

∑Pđmi.Yi

11


1.2. Tính toán phụ tải điện cho nhà máy
1.2.3. Xác định phụ tải động lực.
 Tính toán phụ tải động lực của nhóm thiết bị: Xác định các tham số

của thiết bị và tủ động lực, quy đổi về chế độ làm việc dài hạn.

I đm.TB

p dm.TB

3U luoi cos iTB

I mm.TB  k mm.TBI đm.TB

n

n

Ptb.TDL   k sdi p đmi

Pđm.TDL   p đmi
i 1

i 1

n

n

cos  tb.TDL 

 cos i .p đmi
i 1

n

 p đmi

K sd.TDL 

i 1

 k sdi .p đmi
i 1

n

 p đmi

Ptb.TDL

Pđm.TDL

i 1

n

n

i 1

i 1

Q tb.TDL   k sdi q đmi   k sdi p đmi tgi
Đồ án: Thiết kế mạch điện công nghiệp

Tài liệu: lưu hành nội bộ

12


1.2. Tính toán phụ tải điện cho nhà máy
Trong đó:
Kmm: là hệ số mở máy của thiết bị:
 Với động cơ KĐB rotor lồng sóc: Kmm = 2.57.
 Đối với động cơ có công suất ≤ 10kW : Chọn Kmm = 4  7.
 Đối với động cơ có công suất ≤ 30kW : Chọn Kmm = 3  4
 Đối với động cơ có công suất ≥ 30kW: Chọn Kmm = 2.5  3

 Động cơ DC hoặc KĐB rotor dây quấn: Kmm = 3.54.
 Đối với MBA và lò hồ quang: Kmm  3.
 Kết quả tính toán được thống kê trong bảng sau:
Tên thiết bị

STT
1

Thiết bị thứ 1

2

Thiết bị thứ 2

…

…

n

Thiết bị thứ n

Pđmi
(kW)

Ksd cos Ptb (kW) Iđm (A) Imm (A)

…

TĐLi

Đồ án: Thiết kế mạch điện công nghiệp

Tài liệu: lưu hành nội bộ

13


1.2. Tính toán phụ tải điện cho nhà máy
 Xác định công suất tính toán của nhóm thiết bị:

Đối với các nhà máy, xí nghiệp thông thường khi xác định công suất
tính toán của nhóm thiết bị người ta thường dùng phương pháp tính toán
theo công suất trung bình Ptb và hệ số cực đại Kmax. vì phương pháp này
cho kết quả tương đối chính xác.
 Khi n  3 thì:
n

Ptt   pđmi
Trong đó:

i 1

n

n

i 1

i 1

Q tt   q đmi   pđmi * tgđmi

•

Pđmi: công suất định mức của thiết bị thứ i (đã quy đổi về chế độ
làm việc dài hạn).

•

cosi: hệ số công suất của thiết bị thứ i.

 Xác định số thiết bị hiệu quả trong tủ động lực:


p 


n hq .TDL

i 1
n

Tài liệu: lưu hành nội bộ

đmi

2
p

i 1

Đồ án: Thiết kế mạch điện công nghiệp

2

n

đmi

14


1.2. Tính toán phụ tải điện cho nhà máy
 Khi số thiết bị trong nhóm n > 3 và nhq < 4:
n

n

n

i 1

i 1

i 1

Ptt   pđmi k pt ,i Q tt   q đmi * k pti   p đmi * tgđmi * k pti
Trong đó:
•

n: số hộ tiêu thụ thực tế trong nhóm.

•

Kpti: hệ số phụ tải theo công suất tác dụng của hộ tiêu thụ thứ i.

Khi không có các thông tin về kpt và có thể lấy giá trị trung bình của
chúng như sau:
•

Đối với hộ tiêu thụ có chế độ làm việc lâu dài lấy giá trị kpt =
0.9 và cos = 0,8.

•

Đối với hộ tiêu thụ có chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại lấy kpt
= 0.750.8 và cos = 0.7.

Nếu trong yêu cầu tính toán mà không đề cập đến Kpt thì có thể lấy
tương đối Kpt = 1
Đồ án: Thiết kế mạch điện công nghiệp

Tài liệu: lưu hành nội bộ

15


1.2. Tính toán phụ tải điện cho nhà máy
 Khi 4  nhq  200:

Ptt  K max .Ptb  K max .K sd .Pdm
K max

1,5 1  K sd
 1
n hq
K sd

Q tt  1,1Q tb  khi  n hq  10

Q tt  Q tb  khi  n hq  10

Trong đó:
• Ptb: công suất tác dụng trung bình của nhóm thiết bị trong ca có phụ
tải lớn nhất.
• Ksd: hệ số sử dụng của nhóm thiết bị.
• Pđm: công suất đặt hay công suất định mức của nhóm thiết bị đã quy
đổi về chế độ làm việc dài hạn (a =100%).
 Khi nhq > 200:

Ptt  Ptb  K sd .Pdm ;
Đồ án: Thiết kế mạch điện công nghiệp

Q tt  Q tb
Tài liệu: lưu hành nội bộ

16


1.2. Tính toán phụ tải điện cho nhà máy

 Xác định công suất biểu kiến và dòng điện tính toán, dòng điện

đỉnh nhọn của tủ động lực:

Stt.TDL  Ptt2.TDL  Q 2tt.TDL
cos  tt.TDL

I tt.TDL

Ptt
Ptt
 
Stt
Ptt2  Q 2tt

Ptt2  Q 2tt
Stt


3.U luoi
3.U luoi

I đn .TDL  I mm. max  (I tt.TDL  k sd. max .I đm. max )

Đồ án: Thiết kế mạch điện công nghiệp

Tài liệu: lưu hành nội bộ

17

1.2. Tính toán phụ tải điện cho nhà máy
1.2.4. Xác định phụ tải chiếu sáng.
Theo phương pháp suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị diện tích.

PCS  P0.CS .F

;

QCS  PCS .tgCS

Trong đó:
•

P0CS: suất tiêu hao công suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích
phụ lục 1.1 (W/m2).

•

F: diện tích phân xưởng.

•

cosCS: hệ số công suất lưới chiếu sáng (0.75  0.8)

Đồ án: Thiết kế mạch điện công nghiệp

Tài liệu: lưu hành nội bộ

18

1.2. Tính toán phụ tải điện cho nhà máy
1.2.5. Xác định phụ tải sinh hoạt.
Phụ tải sinh hoạt bao gồm phụ tải các ổ cắm 1 pha, 3 pha, máy lạnh, hệ
thống quạt mát, hệ thống quạt thông gió…

PSH  POC  PQUAT  PM AYLANH
QSH  Q OC  Q QUAT  Q M AYLANH
 Công suất ổ cắm 1 pha:

Poc  n oc .U pha .I đm.oc . cos oc .k sd

Qoc  Poc .taoc

Trong đó:
•

noc: số ổ cắm.

•

Iđm.oc: dòng điện định mức của ổ cắm (mỗi ổ cắm là 10A).

•

ksd: hệ số sử dụng của ổ cắm (0.2  0.6).

•

Cosoc: hệ số công suất lưới sinh hoạt (0.75  0.8).

Đồ án: Thiết kế mạch điện công nghiệp

Tài liệu: lưu hành nội bộ

19


1.2. Tính toán phụ tải điện cho nhà máy
 Công suất ổ cắm 3 pha:

Poc  n oc . 3.U d .I đm.oc . cos oc .k sd
Qoc  Poc .taoc
Trong đó:
•

noc: số ổ cắm.

•

Iđm.oc: dòng điện định mức của ổ cắm (mỗi ổ cắm là 16A).

•

ksd: hệ số sử dụng của ổ cắm (0.2  0.6).

•

Cosoc: hệ số công suất lưới sinh hoạt (0.75  0.8)

Đồ án: Thiết kế mạch điện công nghiệp

Tài liệu: lưu hành nội bộ

20


1.2. Tính toán phụ tải điện cho nhà máy
 Công suất hệ thống thông gió (quạt):

Pquat  n quat .Pđm.quat .k nc
Qquat  Pquat .taquat
Trong đó:
•

nquat: số quạt.

•

Pđm.quat – công suất định mức của quạt.

•

Ksd – hệ số sử dụng của quạt (0.4  0.9).

•

Knc – hệ số nhu cầu (tra bảng theo tính chất phụ tải).

•

cosquat – hệ số công suất lưới sinh hoạt (0.75  0.8)

Đồ án: Thiết kế mạch điện công nghiệp

Tài liệu: lưu hành nội bộ

21


1.2. Tính toán phụ tải điện cho nhà máy
 Công suất hệ thống máy lạnh:

Pm.lanh  n m.lanh .Pđm.mlanh .k nc
Q m.lanh  Pm.lanh .tam.lanh
Trong đó:
•

nquat: số máy lạnh.

•

Pđm.quat – công suất định mức của máy lạnh.

•

Ksd – hệ số sử dụng của máy lạnh (0.4  0.9).

•

Knc – hệ số nhu cầu (tra bảng theo tính chất phụ tải).

•

cosquat – hệ số công suất lưới máy lạnh (0.75  0.8)

Đồ án: Thiết kế mạch điện công nghiệp

Tài liệu: lưu hành nội bộ

22


1.2. Tính toán phụ tải điện cho nhà máy
1.2.6. Xác định công suất tính toán của toàn phân xưởng.
n

Ptt.TPPPX  PCS  PSH  k đt . Ptt.TDLi
i 1

n

Q tt.TPPPX  Q CS  QSH  k đt . Q tt.TDLi
i 1

Stt.TPPPX  Ptt2.TPPPX  Q 2tt.TPPPX
Ptt.TPPPX
cos  tt.TPPPX 
Stt.TPPPX

Stt.TPPPX
I tt.TPPPX 
3.U luoi
I đn .TPPPX  I tt.TPPPX  I đm. max (k mm. max  k sd. max )
Đồ án: Thiết kế mạch điện công nghiệp

Tài liệu: lưu hành nội bộ

23


1.2. Tính toán phụ tải điện cho nhà máy
1.2.6. Xác định công suất tính toán của toàn nhà máy.

Ptt.TPPNM  PCS  PSH  k đt .  Ptt.TPPPXi
n

i 1

Q tt.TPPNM  Q CS  QSH  k . Q tt.TPPPXi
n


đt
i 1

Stt.TPPNM  Ptt2.TPPNM  Q 2tt.TPPNM
Ptt.TPPNM
cos  tt.TPPNM 

Stt.TPPNM

Stt.TPPPX
I tt.TPPPX 
3.U luoi
I đn .TPPNM  I tt.TPPNM  I đm. max (k mm. max  k sd. max )
Đồ án: Thiết kế mạch điện công nghiệp

Tài liệu: lưu hành nội bộ

24


1.3. Tính bù công suất phản kháng và chọn MBA
1.3.1. Bù công suất phản kháng .
 Mục đích.
 Các thiết bị bù công suất phản kháng.
 Các phương pháp bù công suất phản kháng.

 Xác định dung lượng bù.

Dung lượng bù được xác định theo công thức sau:

Q BU  Ptt.TPPNM ( tgtt.TPPNM  tgyc )
Trong đó:
•

Ptt.TPPNM: công suất tính toán của nhà máy.

•

tgtt.TPPNM: tính từ hệ số công suất của nhà máy trước khi bù.

•

tgyc: tính từ hệ số công suất theo yêu cầu của đơn vị quản lý điện
(cosyc= 0.9  0.95).

Đồ án: Thiết kế mạch điện công nghiệp

Tài liệu: lưu hành nội bộ

25