Báo cáo Thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng nhôm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BÀI TẬP LỚN
 Học Phần: Thiết kế cung cấp điện
 Mã học phần: 13468
 Tên đề bài tập lớn: Thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng
	 nhôm 
 Sinh viên: Hoàng Văn Cầu 	Lớp: TĐH58ĐH 
 Mã sinh viên :73572
 Nhóm học phần: N02 
 Giáo viên hướng dẫn: T.S Nguyễn Hữu Quyền
 HẢI PHÒNG, 2020
MỤC LỤC
Chương 1: Giới thiệu chung về đối tượng được thiết kế.
 Giới thiệu chung về đối tượng.
 Phân xưởng cơ khí chuyên sản xuất các loại cửa nhôm khung bao cửa nhôm và một số vật dụng khác liên quan đến nhôm. Phân xưởng có diện tích 200m2 ( chiều dài 20m, chiều rộng 10m) với đầy đủ các thiết bị hiện đại và chuyên dùng. Phân xưởng với 2 cửa ra vào, có kho riêng tách biệt và phần mặt bằng chỉ để đặt thiết bị và sản phẩm đã hoàn thành.
 Nguồn điện cấp cho phân xưởng lấy từ trạm biến áp 10kV cách phân xưởng 200m.
 Thiết bị trong phân xưởng.
Phân xưởng gồm 5 loại máy sử dụng động cơ 3 pha với công suất 2,2-13,7KW và hệ thống quạt làm mát và đèn chiếu sáng.
STT
Kí hiệu 
Tên máy
Số lượng
Tổng công suất
( W )
Udm
(V)
Fđm
(Hz)
N
(vòng/p)
Cosφ
1
Máy 1
Máy cắt nhôm 2 đầu
1
3000
380
50
2800
0.8
2
Máy 2
Máy ép góc
1
2200
380
50
0.85
3
Máy 3
Máy phay đố
1
2200
380
50
2840
0.9
4
Máy 4
Máy nén khí
1
13700
380
50
0.9
5
Máy 5
Máy phay ổ khóa
1
1100
380
50
9940
0.85
6
Quạt
Quạt công nghiệp
4
1400
220
50
1350
0.9
7
Đèn
Đèn led nhà xưởng
4
800
220
50
0.8
Bảng 1: Bảng thiết bị trong phân xưởng
 Sơ đồ mặt bằng phân xưởng.
Hình 1.1 Sơ đồ mặt bằng phân xưởng
Chương 2: Xác định phụ tải tính toán cho phân xưởng
 Xác định phụ tải tính toán cho từng nhóm.
Nhóm động cơ sử dụng điện 3 pha.
Xác định hệ số thiết bị hiệu quả nhq.
 nhq=(i=1nPđm)2i=1nPđm2 = (3+2,2+2,2+13,7+1,1)232+2,22+2,22+13,72+1,12 = 2.4 
Xác định hệ số Cosφtb
Hệ số sông suất các thiết bị trong nhóm không giống nhau nên ta xác định hệ số Cosφtb theo công thức: 
 Cosφtb = P1 × Cosφ1+ P2 × Cosφ2++Pn × CosφnP1 +P2 ++Pn 
 Cosφtb = 3×0,8+2,2×0,85+2,2×0,9+13,7×0,9+1,1×0,853+2,2+2,2+13,7+1,1 = 0,9
Xác định phụ tải tính toán.
Do n > 3 và nhq < 4 và thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại nên ta lấy kpt=0,75. Phụ tải tính toán được xác định như sau:
 Ptt=i=1nkpt × Pđm= 0,75 × (3+2,2+2,2+13,7+1,1) = 16,65 (kW)
 Qtt= PttCosφ = 16.650.9 = 18,5 (kVAr)
 Stt=Ptt2+Qtt2 = 16,652+18,52 = 24,9 (kVA)
Nhóm thiết bị sử dụng điện 1 pha.
Ptt=i=1nkpt × Pđm=0,75×1400+800=1,65 (kW)
 Qtt= PttCosφ = 1,650.9 = 1,83 (kVAr)
 Stt=Ptt2+Qtt2 = 1,652+1,832 =2,46 (kVA)
 Công suất tính toán toàn phân xưởng.
Phân xưởng có 2 nhóm thiết bị nên lấy Kđt=0,9
Pttpx= Kđti=1nPtti = 0,9 × (16,65 + 1,65) = 16,47 (kW)
Qttpx= Kđti=1nQtti = 0.9 × (18,5 + 1,83) = 18,29 (kVAr)
Sttpx=Pttpx2+Qttpx2 = 16,472+18,292 = 24,61 (kVA)
Chương 3. Thiết kế cung cấp điện.
3.1 Mạng trung áp.
hình 3.1 Sơ đồ mạng trung áp
Trong đó: 
MC1	: máy cắt 1	 	
MC2	: máy cắt 2 
TBATG	: trạm biến áp trung gian
TBAXN	: trạm biến áp xí nghiệp
3.2 Mạng hạ áp.
Hình 3.2 Sơ đồ mạng hạ áp
Trong đó:
MC1	: máy cắt 1
MC2	: máy cắt 2
P1	: cầu chì
B1 	: biến áp 1
B2 	: biến áp 2
TG1	: thanh góp 1
TG2	: thanh góp 2
TG3	: thanh góp 3
TG4	: thanh góp 4
TA	: áp tô mát
Chương 4. Tính toán tổn thất.
Hình 4.1 Sơ đồ tương đương 
4.1 Tổn thất điện áp.
Chọn dây dẫn cáp M-50 có : r0 = 0,35 Ω/km ; x0 = 0,37 Ω ; Ucp = 5% 
Đoạn 13
 Có P2 = 16,65 kW ; Q2 = 18,55 kVAr 
ΔU13= P.R + Q.XU= 16,65*0,35*0,02 + 18,5*0,37*0,020,4= 0.63 (V)
Đoạn 1’2
Có P1 = 1,65 kW ; Q1 = 1,83 kVAr 
ΔU1’2 = P.R + Q.XU= 1,65 . 0,35 . 0,02 + 1,85 . 0,37 . 0,020,22= 0,12(V)
Đoạn 01
Có P = P1 + P2 = 16,65 + 1,65 = 18,3 kW
 Q = Q1 + Q2 = 18,5 + 1,85 = 20,35 kVAr
ΔU01 = P.R + Q.XU= 18,3 . 0,35 . 0,2 +20,35 . 0,37 . 0,20,4= 6.9(V)
Trên toàn đường dây.
ΔUdd = ΔU01 + ΔU12 + ΔU13 = 7,65 (V)
ΔUmax% = ΔU U . 100 1000 = 1.9125 < Ucp	
4.2 Tổn thất công suất.
Tổn thất công suất trên đường dây
Tổn thất trên đoạn 1’2
ΔP1’2 = P2 + Q2 U2 × Rd = 1.652 + 1.852 0,222 × 0,35 × 0,02 = 0,001 (KW)
ΔQ1’2 = P2 + Q2 U2 × Xd = 1.652 + 1.852 0,222 × 0,37 × 0,02 = 0,0013 (kVAr)
ΔS1’2 =ΔP2 + ΔQ2 = 0,0012 + 0,0012 = 0,001 (kVA)
Từ Sttpx và ΔSdd ta có thể lựa chọn được MBA cho phụ tải 1 pha theo công thức:
SBA2 = 1,2 × (Stt + ΔS1’2) = 1,2 × (2,46 + 0,001) = 2,95 (kVA)
Chọn MBA ΤДⱧ6300/220 có thông số:
Sđm kVA
ΔP0 
W
ΔPN 
W
UN
%
I0
%
ΔQ0
kVAr
RB
Ω
XB
Ω
6,3
10
50
10,5
1,0
63
16,60
220
Bảng 4.1 Bảng thông số máy biến áp 2
Tổn thất trong máy biến áp phụ tải.
ΔPBA2 = ΔP0 + ΔPN × ( SttSđm)2 = 0,01 + 0,05 × ( 2,466,3)2 = 0,017 (KW)
 ΔQ0BA2 = Io%.Sđm100 = 1×6,3100 = 0,063 (kVAr)
	 ΔQnBA2 = Un%×Sđm100 = 10,5×6,3100 = 0,66 (kVAr)
ΔQBA2 = ΔQo + ΔQn × ( SptSđm )2 = 0,063 + 0,66× (2,466,3)2 = 0,73 (kVAr)
ΔSBA2 = Pb2+Qb2= 0,0172+0,732 = 0,73 (kVA)
Tổn thất trên đoạn 13
ΔP13 = P2 + Q2 U2 × Rd = 16,652 + 18,52 0,42 × 0,35 × 0,02 = 0,27 (KW)
ΔQ13 = P2 + Q2 U2 × Xd = 16,652 + 18,52 0,42 × 0,37 × 0,02 = 0,028 (kVAr)
Tổn thất trên toàn đường dây.
ΔPdd = 0,001+0,017 + 0,27 = 0,28 (kW)
ΔQdd = 0,0013 + 0,028 = 0,029 (kVAr)
ΔSdd =ΔP2 + ΔQ2 = 0,282 + 0,0292 = 0,281 (kVA)
Từ Sttpx và ΔSdd ta có thể lựa chọn được MBA cho toàn phân xưởng theo công thức:
 SMBA1 = 1,2 × (Stt + ΔSdd) = 1,2 × (24,61 + 0,281) = 29,868 (kVA)
 Chọn MBA dầu HEM 3 pha 10/0,4 kV – 50kVA
Hình 4.2 Hình ảnh máy biến áp dầu hãng HEM 
Thông số MBA:
Mức điện áp
Sđm
kVA
ΔP0
W
ΔPN
W
UN
%
I0
%
10/0,4
50
235
1000
4
2
Bảng 4.2 Bảng thông số máy biến áp 1
Tổn thất công suất trong MBA chính:
ΔPBA2 = ΔP0 + ΔPN × ( SttSđm)2 = 0,235 + 1 ×( 24,6150)2 = 0,48 (KW)
	 ΔQ0BA2 = Io%×Sđm100 = 2×50100 =1 (kVAr)
	 ΔQnBA2 = Un%×Sđm100 = 4×50100 = 2 (kVAr)
ΔQBA2 = ΔQo + ΔQn × ( SptSđm )2 = 1 + (24,950)2 × 2 = 1,496 (kVAr)
ΔSBA2 = Pb2+Qb2= 0,482+1,4962 = 1,571 (kVA)
4.3 Tổn thất điện năng.
Trong MBA:
Tổn thất điện năng MBA 3 pha
Xưởng làm việc 2 ca nên ta chọn Tmax=3500
Mà τ=(0,124+Tmax× 10-4)2 × 8760 
 τ=(0,124+3500× 10-4)2 × 8760=1968
∆ABA=∆P0×t+∆PN×(SptSdm)2×τ
 = 0,235×8760+1×(24,6150)2×1968=2536 (kWh)
Tổn thất điện năng MBA 1 pha
Xưởng làm việc 2 ca nên ta chọn Tmax=3500
Mà τ=(0,124+Tmax× 10-4)2 × 8760 
 τ=(0,124+3500× 10-4)2 × 8760=1968
∆ABA=∆P0×t+∆PN×(SptSdm)2×τ
 = 0,01×8760+0,05×(2,466,3)2×1968=102,6 (kWh)
Trên đường dây.
 ∆A=∆P×τ (kWh)
Trong đó:
∆P-Tổn thất công suất lớn nhất trên đường dây, Kw
τ - Thời gian tổn thất công suất lớn nhất, h, tra bảng 4-1.
τ=f(Tmax,cosφ)
Nhà máy làm việc 2 ca Tmax = 3500h 
τ = 1600h ( tra bảng 4.1 trang 49 giáo trình “thiết kế cung cấp điện” )
ΔAdd = ΔPdd × τ = 0,28 × 1600 = 448 kWh
Chương 5 : Tính toán ngắn mạch
5.1. Phía trung áp. 
Hình 5.1 Sơ đồ tính ngắn mạch trung áp
Trong đó: 
MC1	: máy cắt 1	 TBATG	: trạm biến áp trung gian	
MC2	: máy cắt 2 TBAXN	: trạm biến áp xí nghiệp
MBA1	: máy biến áp 1 N	: điểm ngắn mạch
Chọn máy cắt phía trung áp
S∑ = ΔSdd + ΔSBA1 + Stt = 0,281+ 1,571 + 24,9 = 26,752 kVA
Công suất máy cắt :
SN = 1,2× S∑ = 1,2 × 26,752 = 32,102 kVA
Ta có : U = 10 KV SN=32,102 kVA
Dây dẫn phía trung áp dài l= 2,5km có: R0= 0,35 Ω/km, X0= 0,37 Ω/km
Điện kháng của hệ thống là :
XHT=U2SN=10232,102=3,115(Ω)
Dòng điện ngắn mạch tại điểm N là :
IN=U3 ×Z1 =103 ×0,35×2,5 2+(0,37×2, 5+3,155)2=1,384 (KA)
Dòng điện xung kích 
ixkN=2 × 1,8 × 1,384=3,523 (KA)
5.2 Phía hạ áp.
Hình 5.2 Sơ đồ tính ngắn mạch hạ áp
Trong đó:
MC1	: máy cắt 1
MC2	: máy cắt 2
P1	: cầu chì
B1 	: biến áp 1
B2 	: biến áp 2
TG1	: thanh góp 1
TG2	: thanh góp 2
TG3	: thanh góp 3
TG4	: thanh góp 4
TA	: áp tô mát
N1,2,3	: điểm ngắn mạch 1,2,3
Ngắn mạch điểm N1
Ta chọn thanh góp (TG-0,4kv) bằng đồng tiết diện 6,6 mm2
rTG-1= 0,056 (mΩ)
xTG-1= 0,189 (mΩ)
Điện trở và điện kháng máy biến áp B1 :
rBA=∆PN×Uđm2Sđm2×103=1×4002502 = 64 (mΩ)
xBA=UN%×Uđm2Sđm×103= 0,04×400250 = 128 (mΩ)
Điện trở và điện kháng của TG-1, l= 6m tra trong sổ tay có :
atb=1,26 ×a=1,26 × 240=300 (mm)
 rTG-1=6× R0=6× 0,056=0,336 (mΩ)
xTG-1=6× X0=6 × 0,189=1,134 (mΩ)
Điện trở tiếp xúc của cầu dao P-1 tra trong sổ tay 
rP-1=0,15 (mΩ)
Tổng điện trở đối với điểm ngắn mạch N1 :
r1=rBA+rTG-1+rP-1=64+0,336+0,15≈64,186(mΩ)
Tổng điện kháng đối với điểm ngắn mạch N1 :
x1=xBA+xTG-1=128+1,5=129,5(mΩ)
Tổng trở tổng hợp đối với điểm ngắn mạch N1
Z1= r12+x12=64,1862+129,52=144,53 (mΩ)
Dòng điện ngắn mạch tại N1 là : 
IN1=U3 × Z1 =4003 ×144,53=1,59(KA)
Dòng điện xung kích 
ixkN1=2 × 1,3 ×1,59=2,92 (KA)
Ngắn mạch điểm N2
Ta chọn thanh góp 2 (TG-2) bằng đồng tiết diện 6,6 mm2, l=2m
Tra sổ tay có điện trở và điện kháng của TG-2 ứng với atb=300mm
r0= 0,056 (mΩ)
x0= 0,189 (mΩ)
Ta chọn thanh góp 4 (TG-4) bằng đồng tiết diện 4,4 mm2, l=3m
Tra sổ tay có điện trở và điện kháng của TG-4 ứng với atb=300mm
r0= 0,125 (mΩ)
x0= 0,214 (mΩ)
Điện trở và điện kháng của TG-2
rTG-2=2× R0= 2× 0,056=0,112 mΩ
xTG-2=2× X0=2× 0,189=0,378(mΩ)
Điện trở và điện kháng của TG-4:
rTG-3=3× R0= 3× 0,125=0,375 mΩ
xTG-3=3× X0=3× 0,214=0,642 (mΩ)
Điện trở, điện khág cuộn dây dòng điện của aptomat tra phụ lục PL 3.12:
 rA=0,12 (mΩ)
xA=0,094 (mΩ)
Điện trở tiếp xúc tại các điểm của aptomat tra bảng phụ lục PL3.13:
rTA=0,25 (mΩ)
Tổng điện trở đối với điểm ngắn mạch N2 :
r2=r1+rTG-2+rTG-3+ rA+ rTA
 = 64,186 + 0,112 + 0,375 + 0,12 + 0,25 = 65,043 mΩ
Tổng điện kháng đối với điểm ngắn mạch N2
x2=x1+xTG-2+xTG-3+xA 
 = 129,5+ 0,378 + 0,642 + 0,094 = 130,614 (mΩ)
Tổng trở tổng hợp đối với điểm ngắn mạch N2
Z2= r22+x22=65,0432+130,6142=143,754(mΩ)
Dòng điện ngắn mạch tại N2 là : 
IN2=U3 × Z2 =4003 ×143,754 =1,606 (KA)
Dòng điện xung kích 
ixkN2=2 ×1,3 ×1,606=2,952 (KA)
Chương 6: Kết luận
Với những kiến thức đã được trang bị, tìm hiểu sách vở, đồng thời được sự giúp đỡ của thầy giáo hướng dẫn T.S.Nguyễn Hữu Quyền chỉ bảo cùng với sự nỗ lực của bản thân đến nay em đã hoàn thành bài tập lớn của mình “ thiết kế cung cấp điện cho xưởng nhôm”. 
Trong bài tập lớn này em đã kết hợp kiến thức lí thuyết và thực tế tuy nhiên vẫn còn nhiều thiếu sót. Rất mong nhận được sự góp ý và bổ sung của thầy để bài tập lớn này có thể hoàn thiện hơn.