Đề tài Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy đường

Lời nói đầu Trong sự nghiệp công nghiệp hoá - Hiện đại hoá nước nhà, công nghiệp Điện Lực giữ một vai trò đặc biệt quan trọng bởi vì điện năng là nguồn năng lượng được dùng rộng rãi nhất trong các ngành kinh tế quốc dân. Khi xây dung một nhà máy, một khu kinh tế, khu dân cư, thành phố trước tiên người ta phải xây dung hệ thống cung cấp điện để cung cấp điện năng cho các máy móc và nhu cầu sinh hoạt của con người. Sự phát triển của các ngành công nghiệp và nhu cầu sử dụng điện năng đã làm cho sự phát triển không ngừng của hệ thống điện cả về công suất truyền tải và mức độ phức tạp với sự yêu cầu về chất lượng, điện năng ngày càng cao, đòi hỏi người làm chuyên môn cần phải nắm vững kiến thức cơ bản, và hiểu biết sâu rộng về hệ thống điện. Bản đồ án đối với em là một sự tập dượt quý báu trước khi bước vào thực tế khó khăn. Bản đồ án của em là thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy đường, với đặc thù của loại nhà máy này là có nhiều thiết bị và công đoạn yêu cầu được cung cấp điện liên tục với chất lượng đảm bảo. Vì vậy phần đồ án được làm khá chi tiết và được chia thành những phần nhỏ sau: Phần I: Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy đường. Chương I: Giới thiệu chung về nhà máy. Chương II: Xác định phụ tải tính toán. Chương III: Thiết kế mạng hạ áp cho phân xưởng sửa chữa cơ khí. Chương IV: Thiết kế mạng cao áp cho toàn nhà máy. Chương V: Tính bù công suất phản kháng. Chương VI: Tính toán nối đất. Phần II: Thiết kế hệ thống chiếu sáng cho phân xưởng sửa chữa cơ khí. Trong suốt thời gian làm đồ án được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ Thống Điện - Khoa Điện - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình, chi tiết của cô giáo Ths. Nguyễn Thị Hồng Hải đã giúp em hoàn thành bản đồ án này. Mặc dù em đã rất cố gắng tìm hiểu, học hỏi tuy nhiên do thời gian có hạn và hạn chế về kiến thức nên bản đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất kính mong được sự chỉ bảo của các thầy, cô. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của các thầy, cô. Hà Nội, ngày tháng năm 2005. Sinh viên Trịnh Văn Phương Phần I Thiết kế hệ thống cung cấp đIện Cho nhà máy đường Chương 1: mở đầu Giới thiệu chung về nhà máy Chúng ta đều biết rằng khoảng 70% điện năng sản xuất ra được sử dụng cho xí nghiệp công nghiệp, vì vậy vấn đề cung cấp điện cho lĩnh vực công nghiệp có ý nghĩa to lớn đối với nền kinh tế quốc dân. Chính vì thế việc đảm bảo cung cấp điện cho công nghiệp tức là đảm bảo cho một ngành kinh tế quan trọng nhất của đất nước hoạt động liên tục phát huy được tiềm năng của nó. Đứng về mặt sản xuất và tiêu thụ điện năng mà xét thì công nghiệp là lĩnh vực tiêu thụ nhiều điện năng nhất. Vì vậy việc thiết kế cung cấp điện và sử dụng điện hợp lý trong lĩnh vực này sẽ có tác dụng trực tiếp đến việc khai thác khả năng của nhà máy phát điện và sử dụng hiệu quả lượng điện năng sản xuất ra. Nhiệm vụ đặt ra là thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy đường (nhà máy số 4). Nhà máy bao gồm 09 phân xưởng. Nguồn cung cấp điện cho nhà máy được lấy từ trạm biến áp trung gian quốc gia, điện áp 10KV, công suất vô cùng lớn, dung lượng ngắn mạch phía hạ áp là 200MVA, nguồn cách nhà máy 6Km và dùng đường dây lộ kép loại dây AC để truyền tải điện, nhà máy làm việc với chế độ 3 ca, thời gian sử dụng công suất cực đại của nhà máy là Tmax = 5000h. Thiết bị trong các phân xưởng đều có công suất nhỏ, nhưng máy móc trong các phân xưởng tương đối nhiều, các máy móc đều hoạt động ở mức độ tối đa, tổ chức làm việc hiệu quả và liên tục, do đó biểu đồ phụ tải khá bằng phẳng hệ số đồng thời của các phụ tải khá cao, khoảng 0,85 - 0,95, hệ số nhu cầu cũng khá cao. Theo yêu cầu thiết kế nhà máy thì sau khi thiết kế mạng hạ áp của phân xưởng sửa chữa cơ khí, ta thiết kế mạng cao áp cho toàn bộ nhà máy. Sau đây là bản vẽ mặt bằng toàn nhà máy, số liệu cụ thể của các phân xưởng và số liệu cụ thể của các thiết bị trong phân xưởng sửa chữa cơ khí và sơ đồ toàn phân xưởng. Sơ đồ mặt bằng toàn nhà máy số 4. 8 7 6 1 2 3 4 5 9 M 1: 5000 Phụ tảI đIện của nhà máy đường Ký hiệutrên mặt bằng Tên phân xưởng Công suất đặt Pđ (KW) Diện tích ( ) 1 Kho củ cải đường 350 2100 2 Phân xưởng thái và nấu củ cải đường 700 1500 3 Bộ phận cô đặc 550 600 4 Phân xưởng tinh chế 750 1000 5 Kho thành phẩm 150 900 6 Phân xưởng sửa chữa cơ khí Theo tính toán 800 7 Trạm bơm 600 600 8 Nhà máy nhiệt điện ( tự dùng 12% ) Theo tính toán 1200 9 Kho than 350 1000 10 Chiếu sáng phân xưởng Xác định theo diện tích Danh sách thiết bị của phân xưởng sửa chữa cơ khí STT Tên thiết bị Số lượng Nhãn hiệu Công suất ( KW ) Ghi chú 1 2 3 4 5 6 Bộ phận dụng cụ 1 Máy tiện ren 2 IA616 7,0 2 Máy tiện ren 2 IA62 7,0 3 Máy tiện ren 2 IK62 10,0 4 Máy tiện ren cấp chính xác cao 1 I P 6 P 1,7 5 Máy doa tốc độ 1 2A450 2,0 6 Máy bào ngang 2 7M36 7,0 7 Máy xọc 1 7A420 2,8 8 Máy phay vạn năng 1 6H82 7,0 9 Máy phay ngang 1 6K82G 7,0 10 Máy phay đứng 2 6H11 2,8 11 Máy mài trong 2 3A240 4,5 12 Máy mài phẳng 1 311NI 2,8 13 Máy mài tròn 1 3130 2,8 14 Máy khoan đứng 1 2A125 2,8 15 Máy khoan đứng 1 2135 4,5 16 Máy cắt mép 1 866A 4,5 17 Máy mài vạn năng 1 3A64 1,75 18 Máy mài dao cắt gọt 1 3818 0,65 19 Máy mài mũi khoan 1 36652 1,5 20 Máy mài sắc mũi phay 1 3667 1,0 21 Máy mài dao chuốt 1 360 0,65 22 Máy mài mũi khoét 1 3659 2,9 23 Thiết bị để hoá bền kim loại 1 PP - 58 0,8 24 Máy dũa 1 2,2 25 Máy khoan bàn 2 HC125 0,65 26 Máy để mài tròn 1 1,2 27 Bể nước 1 28 Máy đo độ cứng đầu côn 1 TK 0,6 29 Máy đo độ cứng đầu tròn 1 TШ 30 Bàn 1 31 Máy mài sắc 1 330-2 0,25 32 Bàn 1 33 Cần trục cánh có palăng điện 1 1,3 34 Thiết bị cao tần 1 ПГ-606 80,0 35 Tủ 1 36 Bàn 1 37 Thiết bị đo bi 1 23,0 38 Tủ đựng bi 1 39 Bàn 1 40 Máy nén khí 1 45 Bộ phận mộc 41 Máy bào gô 1 Cf-4 2,0 4,5 42 Máy khoan 1 CBPA 1,0 3,2 43 Bàn mộc 1 44 Máy cưa đai 1 C80-3 4,5 45 Bàn 3 46 Máy bào gỗ 1 CP6-5G 7,0 1,3 1,7 47 Máy cưa tròn 1 Ц - 5 7,0 Bộ phận quạt gió 48 Quạt gió trung áp 1 9,0 49 Quạt gió số 9,5 1 12,0 50 Quạt gió số14 1 18,0 Chương ii Xác định phụ tảI tính toán Khi thiết kế cung cấp điện cho một công trình nào đó, nhiệm vụ đầu tiên của chúng ta là xác định phụ tải điện của công trình ấy. Tùy theo quy mô của công trình mà phụ tải điện phải được xác định theo phụ tải thực tế, hoặc còn phải kể đến khả năng phát triển của công trình, trong tương lai 5 năm, 10 năm hoặc lâu hơn nữa. Như vậy xác định phụ tải điện là giải bài toán dự báo phụ tải ngắn hạn hoặc dài hạn. Dự báo phụ tải ngắn hạn tức là xác định phụ tải công trình ngay sau khi công trình đi vào vận hành, phụ tải đó thường được gọi là phụ tải tính toán. Người thiết kế cần biết phụ tải tính toán để chọn các thiết bị điện như : Máy biến áp, dây dẫn, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ vv… để tính tổn thất công suất, điện áp để chon các thiết bị bù v.v… Như vậy phụ tải tính toán là số liệu quan trọng để thiết kế cung cấp điện. Phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như :Công suất, sô lượng máy,chế độ vận hành của chúng, quy trình công nghệ sản xuất … Vì vậy xác định chính xác phụ tải tính toán là một nhiệm vụ khó khăn nhưng rất quan trọng , vì nếu xác định phụ tải tính toán mà nhỏ hơn phụ tải thực tế thì sẽ làm giảm tuổi thọ các thiết bị điện, có khi dẫn đến cháy, nổ rất nguy hiểm, còn 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 do đó gây lãng phí. Có nhiều phương pháp xác định phụ tải điện nhưng do tính phức tạp của phụ tải nên chưa có phương pháp nào hoàn toàn chính xác. Sau đây sẽ trình bày một số phương pháp tính phụ tải thường dung nhất trong thiết kế hệ thống cung cấp điện. 1. Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu. Ptt = knc . P đ Qtt = Ptt .tgj Stt= ( 2-1 - TL1 ) Trong đó : knc: Hệ số nhu cầu thường cho trong số tay CCĐ. Pđ: Công suất đặt các phân xưởng. Phương pháp này có độ chính xác không cao lắm. Vì hệ số knc cho trong sổ tay, đôi khi không phù hợp với thực tế vì vậy nó được dùng cho tính toán sơ bộ. 2. Xác định phụ tải tính toán theo công suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất. Ptt = po.F , (kw ); (2.2) (TL1) Trong đó : po - Suất phụ tải trên 1mdiện tích sản xuất ( kW/m) F - Diện tích sản xuất, m2 ; Phương pháp này chỉ cho kết quả gần đúng và chỉ áp dụng cho các phân xưởng có mật độ máy móc sản xuất phân bổ tương đối đều. 3. Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm. Ptt = ( 2.3) (TL1) Trong đó : M - Số đơn vị sản phẩm được sản xuất ra trong 1 năm( sản lượng) Wo -Suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm (kWh/ đơn vị sản phẩm) Tmax_- Thời gian sử dụng công suất lớn nhất (h) 4. Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại kmax và công suất trung bình P tb ( còn gọi là phương pháp số thiết bị dùng điện hiệu quả nhq) Ptt = kmax.. ksd.Pđm kmax, ksd – Hệ số cực đại và hệ số sử dụng. Pđm- công suất định mức (W). Phương pháp này cho kết quả tương đối chính xác và thường được dùng để xác định phụ tải tính toán của nhóm thiết bị có đặc điểm làm việc tương đối giống nhau. - Dựa vào danh sách thiết bị của phân xưởng ta phân nhóm các thiết bị dựa trên nguyên tắc các thiết bị đặt tương đối gần giống nhau, tổng công suất đặt giữa các nhóm không quá lệch nhau. Từ số liệu của các nhóm ta xác định được Pđmmax,Pđmmin. - Từ đó ta tính : m = *Nếu m > 3 ta thực hiện tính n1 là số thiết bị có công suất không nhỏ hơn một nửa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất. Tính P1 của n1: P1= Tính n* và P* : n* = P* = Tra PL 1.4 : n=f(nP*) - Tính nhq= n.nhq* Tra PL1.5 : kmax = f(ksd, Nhq) Tính Ptt= kmax . ksd. Pđm(kW). - Một số trường hợp đặc biệt . * Nếu n≤3 và nhq<4 thì tính Ptt theo công thức sau: Ptt=đ mi ( kW) (2.5) (TL1) Đối với các thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại thì Stt = (kVA) (2.6) ( TL1) *Nếu n >3 và nhq < 4 thì Ptt được tính như: Ptt = ( 2.7 ) ( TL1 ) Trong đó kpti là hệ số phụ tải của thiết bị thứ i, tra trong sổ tay. Nếu không có số hiệu chính xác thì kpt có thể lấy. kpt = 0.9 với các thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn. kpt = 0,75 với các thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. * Nếu nhq > 300 và ksd < 0.5 thì lấy ứng với nhq= 300. Nếu nhq > 300 và ksd≥ 0,5 thì Ptt =1,05.ksd .Pđm (2.8) (TL1) * Đối với thiết bị có đồ thị phụ tải bằng phẳng thì Ptt có thể lấy bằng Ptb: Ptt = Ptb=Ksd. Pđm(2.9)(TL1) Nếu trong mạng có thiết bị 1 pha thì phải cố gắng phân phối đều các thiết bị đó lên cả 3 pha của mạng. 1. Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng sữa chữa cơ khí. Dựa vào tính chất, vị trí và chế độ làm việc của các thiết bị trong phân xưởng ta có thể phân các thiết bị của phân xưởng sữa chữa cơ khí thành 5 nhóm. Chi tiết của các nhóm được trình bày trong bảng 1. 1.1Xác định phụ tải tính toán của nhóm 1. Tên thiết bị Số Lượng Ký hiệu trên mặt bằng Pđm( kW ) Iđm (A) 1 máy Toàn bộ Thiết bị cao tần 1 34 80.0 80.0 202,5 Thiết bị đo bi 1 37 23.0 23.0 58.2 Máy nén khí 1 40 45.0 45.0 113.9 Máy bào gỗ 1 41 6.5 6.5 16.4 Máy cưa tròn 1 47 7.0 7.0 17.7 Cộng theo nhóm 1 5 161.5 161.5 408.7 -  Tổng số thiết bị có trong nhóm n = 5. - Thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm Pmax = 80kW. - Thiết bị có công suất nhỏ nhất trong nhóm Pmin =6.5kW. m == =12.3 ị m >3 Tra phụ lục 1.1 . Với phân xưởng sữa chữa cơ khí ta chọn ksd= 0.16; cosj =0,6, tgj =1,33 Để xác định Ptt ta dùng phương pháp số thiết bị dùng điện hiệu quả . Theo bảng của nhóm 1 ta có n1= 2. P1=80 + 45,0 = 125(kW) Xác định n *và p*. n* = P* = Trong đó :Plà công suất định mức của cả nhóm n thiết bị . Từ n* = 0,4, P* =0,77. Tra phụ lục 1.4 ta được nhq*=0,63. Xác định số nhq: nhq= n.nhq* = 5.0,63 = 3.15. Tra phụ lục 1.5 với ksd= 0,16 ; nhq= 3,15 ta được kmax = 3,11 - Công suất tác dụng của nhóm 1. Ptt=kmax. ksd. Pđm = 3,11.0.16.161,5 = 80,4(kW). - Công suất phản kháng của nhóm được xác định theo . =.=80,4.1,33= 106,8 (kVAr) - Công suất toàn phần của nhóm 1. - Dòng điện tính toán của nhóm 1. 1.2.Tính toán phụ tải điện cho nhóm 2. Tên thiết bị Số lượng Ký hiệu trên mặt bằng Pđm (KW) Iđm (A) 1 máy Toàn bộ Máy khoan 1 42 4.2 4.2 10.6 Máy cưa đai 1 44 4.5 4.5 11.4 Máy bào gỗ 1 46 10 10 25.3 Quạt gió trung áp 1 48 9 9 22.7 Quạt gia số 9,5 1 49 12.0 12.0 30.4 Quạt số 14 1 50 18 18 45.6 Cộng theo nhóm 2 6 57.7 57.7 146 -Tổng số thiết có trong nhóm n=6. - Thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm - Thiết bị có công suất nhỏ nhất trong nhóm Ta có :=4, . - Tính Tra phụ lục 1.4 với = 0,66, ta được - Tính n= n.n= 6.0,81= 4,86 ằ5. Tra phụ lục 1.5 với n 5 ta được - Công suất tác dụng và phản kháng của nhóm 2. . - Công suất toàn phần. . - Dòng điện tính toán của nhóm 2. Các nhóm 3,4,5 cũng được tính toán tương tự kết quả ghi trong bảng 1. 1.3. Xác định phụ tải đỉnh nhọn của nhóm. Phụ tải đỉnh nhọn là phụ tải lớn nhất xuất hiện trong thời gian từ 1 đến 2 giây. Đối với nhóm động cơ thì phụ tải đỉnh nhọn xuất hiện khi một động cơ có công suất lớn nhất nhóm khởi động còn các động cơ khác đang làm việc ở chế độ định mức do vậy công thức được sử dụng như sau : (2.10 ) (TL1) Trong đó : Iđn là dòng điện đỉnh nhọn trong nhóm . kkđ : Bội số dòng điện khởi động của thiết bị, chọn kkđ = 5. Iđmmax: dòng điện định mức của thiết bị có dòng khởi động lớn nhất trong nhóm . Đối với nhóm 1 ta có: 58,2+113,9 + 16,4 + 17,7 + 202,5*5 = =1218,7( A ) Phụ tải đỉnh nhọn của các nhóm còn lại cũng được tính toán tương tự kết quả tính toán được thể hiện trong bảng 1. 1.4 Xác định phụ tải tính toán cho toàn phân xưởng sửa chữa cơ khí. a. phụ tải chiếu sáng cho phân xưởng. Vì phụ tải chiếu sáng có tính chất phân bố tương đối đều và tỉ lệ với diện tích nhà xưởng nên phụ tải chiếu sáng của phân xưởng được xác định theo công thức: Pcs = P0 *S (kW) Trong đó : Po: là suất phụ tải trên 1m2 diện tích sản xuất. Đối với phân xưởng sửa chữa cơ khí ta có Po = 15W/m2 = 0,015 kW/m2 . S : là diện tích phân xưởng : S = 800 m2. Vậy phụ tải chiếu sáng của phân xưởng là : Pcs = 800. 0,015 = 12 (kW). Từ kết quả ở bảng 1 để cho việc dễ quan sát và tính toán các bước tiếp theo ta lập bảng sau : Bảng 2: Nhóm Ptt (kW) Qtt (kVAr) Stt (kVA) Itt (A) 1 80.4 106.8 133.6 202.9 2 26.5 35.2 44.06 66.9 3 4.82 6.41 8.02 12.2 4 17.26 22.95 28.72 43.6 5 23.19 30.84 38.58 58.6 Chiếu sáng 12 Cộng 164.17 202.2 252.98 384.2 b. Phụ tải tính toán của toàn phân xưởng. Ppx = kđt (2-12) Trong đó: Kđt là hệ số đồng thời, chọn kđt = 0,85. Ppx = 0,85. ( 80,4 + 26,5 + 4,82 + 17,26 + 23,19 +12 ) = 139,5 (kW) Phụ tải phản kháng của phân xưởng. Qpx = Ppx* tgj = 139,5* 1,33 = 185,5 (kVAr). Phụ tải toàn phần của phân xưởng kể cả chiếu sáng được tính theo công thức sau: (2-13) (TL1) = = 239,5 (kVA) Tên nhóm và thiết bị điện Số lượng Ký hiệu trên mặt bằng Pđm (kW) Iđm (A) ksd cosj/tgj nhq kmax Phụ tải tính toán Iđn (A) Một thiết bị Tất cả thiết bị Ptt (kW) Qtt (kVAr) Stt (kVA) Itt (A) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Nhóm 1 Thiết bị cao tần 1 34 80 80 202.5 0.16 0.6/1.33 Thiết bị đo bi 1 37 23 23 58.2 0.16 0.6/1.33 Máy nén khí 1 40 45 45 113.9 0.16 0.6/1.33 Máy bào gỗ 1 41 6.5 6.5 16.4 0.16 0.6/1.33 Máy cưa tròn 1 47 7 7 17.7 0.16 0.6/1.33 Cộng theo nhóm một 5 161.5 161.5 408.7 0.16 0.6/1.33 4 3.11 80.4 106.8 133.6 203 1218.7 Nhóm 2 Máy khoan 1 42 4.2 10.6 10.6 0.16 0.6/1.33 Máy cưa đai 1 44 4.5 11.4 11.4 0.16 0.6/1.33 Máy bào gỗ 1 46 10 25.3 25.3 0.16 0.6/1.33 Quạt gió trung áp 1 48 9 22.7 22.7 0.16 0.6/1.33 Quạt gió số 9.5 1 49 12 30.4 30.4 0.16 0.6/1.33 Quạt số 14 1 50 18 45.6 45.6 0.16 0.6/1.33 Cộng theo nhóm 2 6 57.7 146 146 0.16 0.6/1.33 5 2.87 26.5 35.2 44.06 66.9 328.4 Nhóm 3 Máy mài dao cắt gọt 1 18 0.65 0.65 1.64 0.16 0.6/1.33 Máy mài mũi khoan 1 19 1.5 1.5 3.80 0.16 0.6/1.33 Máy mài sắc mũi phay 1 20 1.0 1.0 2.53 0.16 0.6/1.33 Máy mài dao chuốt 2 21 0.65 0.65*2 1.64*2 0.16 0.6/1.33 Máy mài mũi khoét 1 22 2.9 2.9 7.34 0.16 0.6/1.33 Thiết bị để hoá bền KL 1 23 0.8 0.8 2.02 0.16 0.6/1.33 Máy giũa 1 24 2.2 2.2 5.57 0.16 0.6/1.33 Máy khoan bàn 1 25 0.65 0.65 1.64 0.16 0.6/1.33 Máy để mài tròn 1 26 1.2 1.2 3.03 0.16 0.6/1.33 Máy đo độ cứng đầu côn 1 28 0.6 0.6 1.52 0.16 0.6/1.33 Máy mài sắc 1 31 0.25 0.25 0.63 0.16 0.6/1.33 C. trục cánh có palăng đ 1 33 1.3 1.3 3.29 0.16 0.6/1.33 Cộng nhóm 3 13 13.7 14.35 36.02 0.16 0.6/1.33 10 2.1 4.82 6.41 8.02 12.2 65.65 Nhóm 4 Máy tiện ren 2 1 7.0 7.0 * 2 17.7*2 0.16 0.6/1.33 Máy tiện ren 1 3 10.0 10.0 25.32 0.16 0.6/1.33 Máy doa toạ độ 1 5 2.0 2.0 5.06 0.16 0.6/1.33 Máy bào ngang 1 6 7.0 7.0 17.72 0.16 0.6/1.33 Máy xọc 2 7 2.8 2.8 * 2 7.09*2 0.16 0.6/1.33 Máy phay đứng 1 10 2.8 2.8 7.09 0.16 0.6/1.33 Máy mài phẳng 1 12 2.5 2.5 6.33 0.16 0.6/1.33 Máy khoan đứng 1 14 2.8 2.8 7.09 0.16 0.6/1.33 Cộng nhóm 4 10 36.9 46.7 118.19 0.16 0.6/1.33 8 2.31 17.26 22.95 28.72 43.6 219.47 Nhóm 5 Máy tiện ren 2 2 7.0 7.0 * 2 17.7*2 0.16 0.6/1.33 Máy tiện ren 1 3 10.0 10.0 25.32 0.16 0.6/1.33 Máy tiện ren cấp CX cao 1 4 1.7 1.7 4.3 0.16 0.6/1.33 Máy phay vạn năng 1 8 7.0 7.0 17.7 0.16 0.6/1.33 Máy phay ngang 1 9 7.0 7.0 17.7 0.16 0.6/1.33 Máy mài trong 1 11 4.5 4.5 11.39 0.16 0.6/1.33 Máy mài tròn 1 13 2.8 2.8 7.09 0.16 0.6/1.33 Máy mài vạn năng 2 17 1.75 1.75*2 4.43*2 0.16 0.6/1.33 Cộng nhóm 5 10 41.75 50.5 127.76 0.16 0.6/1.33 5 2.87 23.19 30.84 38.58 58.6 229.04 Chương 3 Thiết kế mạng hạ áp cho phân xưởng sửa chữa cơ khí 3.1. Chọn Sơ đồ cung cấp điện cho phân xưởng sửa chữa cơ khí. Các thiết bị trong phân xưởng sửa chữa cơ khí phần lớn có công suất tương đối nhỏ , yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện không cao. Do vậy có thể dùng sơ đồ hỗn hợp hình tia phân nhánh. Hình 2.1 Nguồn điện Cầu chì tổng Cầu chì nhánh Phụ tải Phụ tải Phụ tải Phân xưởng sửa chữa cơ khí lấy điện từ trạm biến áp phân xưởng trạm này đặt kề với tường phân xưởng và nguồn điện thứ cấp sẽ đưa điện tới một tủ phân phối nằm trong phân xưởng . Tủ phân phối làm nhiệm vụ cung cấp điện tới 5 tủ động lực. mỗi tủ động lực sẽ cung cấp điện cho một nhóm phụ tải. tủ động lực thường được đặt ở trung tâm nhóm máy và cạnh tường phân xưởng, do đó sẽ giảm được diện tích đặt tủ và thuận tiện trong việc sửa chữa và thay thế. Đường dây từ tủ phân phối của phân xưởng tới các tủ động lực dùng cáp cao su lõi đồng, còn đường dây từ tủ động lực tới các máy công cụ dùng dây dẫn cách điện di trong ống. Ngoài ra tủ động lực dùng cho chiếu sáng của phân xưởng lấy điện riêng từ một nhánh đầu ra của tủ phân phối. Để vận hành và bảo vệ mạng hạ áp của phân xưởng đặt khởi động từ tại các máy công cụ, trong tủ phân phối đặt aptomat ở các đầu vào và ra. Tủ động lực đặt cầu dao, cầu chì ở đầu vào, cầu chì đặt ở đầu ra. Mặt bằng và sơ đồ đi dây cụ thể trong hình 2.2. 3.2. Lựa chọn dây dẫn và thiết bị điện cho mạng điện phân xưởng. a. Chọn tủ phân phối. Theo phương án nối dây của mạng điện phân xưởng thì tủ phân phối phải chọn có một đầu vào và 6 đầu ra, 5 đầu ra cung cấp điện cho 5 tủ động lực tương ứng với 5 nhóm của phụ tải phân xưởng, đầu ra còn lại cung cấp cho tủ chiếu sáng. Theo phần phụ tải tính toán ta có: Ittpx = 363,8 (A). Ittnhóm4 = 43,6 (A). Itt nhóm1 = 202,9 (A). Ittnhóm5 = 58,6 (A). Ittnhóm2 = 66,9 (A). Ittnhóm3 = 12,2 (A). Căn cứ vào dòng điện đầu vào tủ phân phối và dòng điện đầu ra. Chọn loại tủ phân phối điện áp thấp loại PP-9332 đặt trên nền nhà do liên xô chế tạo. Các Aptomat đặt trong tủ phân phối được chọn theo điều kiện. UđmA ³ Uđm mạng. + với aptomat tổng : Với Kđt = 0,85 + Với aptomat nhóm: IđmA ³ Itt nhóm. Vậy các aptomat chọn cho tủ phân phối được liệt kê ở bảng 3. Bảng 3: Bảng chọn aptomat cho tủ phân phối. Tên đường dây Ký hiệu Uđm (V) IđmA(A) Số cực Dạng móc bảo vệ dòng cực đại Dòng điện định mức của móc bảo vệ Dòng điện tác động tức thời(A) Lộ đầu vào A3140 500 600 2 Tổng hợp 300 2100 Lộ ra số 1 A3134 500 300 3 Tổng hợp 150 1050 Lộ ra số 2 A3124 500 100 3 Tổng hợp 100 800 Lộ ra số 3 A3124 500 100 3 Tổng hợp 30 430 Lộ ra số 4 A3124 500 100 3 Tổng hợp 100 800 Lộ ra số 5 A3124 500 100 3 Tổng hợp 100 800 Lộ chiếu sáng A3124 500 100 3 Tổng hợp 30 430 A3140 A3134 A3124 A3124 A3124 A3124 A3124 Hình 2.3. Sơ đồ nối dây của tủ phân phối b. Chọn tủ động lực. Mỗi nhóm thiết bị đều được cấp điện từ một tủ động lực, căn cứ vào dòng định mức của các thiết bị trong nhóm ta chọn 5 tủ động lực loại CP58-6-II. Đây là loại tủ được chế tạo theo kiểu kín, thiết bị đóng cắt và bảo vệ dùng cầu dao và cầu chì. Dòng định mức của thiết bị đầu vào 600A. CD- 600A CC-600A 4x100 + 4 x 400A Hình 2.4. Sơ đồ nối dây của tủ động lực c. Lựa chọn dây dẫn và cáp cho mạng điện phân xưởng SCCK Dây dẫn và cáp trong mạng điện được lựa chọn theo các điêu kiện sau đây: - Lựa chọn theo điều kiện phát nóng - Lựa chọn theo điều kiện tổn thất điện năng cho phép. Đối với mạng đện hạ áp của phân xưởng là mạng điện trực tiếp nối với phụ tải vì vậy phải đảm bảo điện áp nằm trong phạm vi cho phép, mà trong mạng điện hạ áp không có biện pháp điều chỉnh điện áp cho cả mạng, vì vậy khi chọn tiết diện dây dẫn dây và cáp cho mạng hạ áp ta chọn theo điều kiện tổn thất cho phép, sau đó nhất thiết phải kiểm tra theo điều kiện phát nóng vì đây là điều kiện đảm bảo an toàn đối với dây dẫn và cáp. Dây dẫn hạ áp được chọn theo điều kiện: khc .Icp ≥ Itt (3.1) (TL1) Hoặc : Icp ≥ Trong đó : Itt : Dòng điện tính toán của từng nhóm hoặc của cả phân xưởng . Icp : Dòng điện phát nóng làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn. Ilv max: Dòng điện làm việc lớn nhất bình thường hoặc là dòng định mức. khc: Hệ số hiệu chỉnh - tra trong sổ tay cung cấp điện Đối với cáp chôn trong đất khc = 1 Đối với mạng hạ áp ( < 10 KV ) được bảo vệ bằng cầu chì và aptomat để thoả mãn điều kiện phát nóng cần phải kết hợp với các điều kiện sau: * Nếu bảo vệ bằng cầu chì ( 3-2) (TL1) Trong đó : Iđc : Dòng điện định mức của dây chảy cầu chì a : Hệ số phụ thuộc vào đặc điểm của mạng điện Với mạng điện động lực a =3 Với mạng điện sinh hoạt a = 0,8 * Nếu bảo vệ bằng aptomat hoặc Trong đó: Ikđnhiêt, Ikđ. đIện từ : Dòng khởi động của thiết bị cắt mạch bằng nhiệt hay điện từ 1. Chọn cáp tủ phân phối đến các tủ động lực * Chọn cáp từ tủ phân phối đến tủ động lực 1. Điều kiện : khc.Icp ³ Ittnhóm 1 = 202,9 (A) Khi bảo vệ bằng aptomat : khc. = Vì cáp đi riêng từng tuyến dưới đất nên khc =1 Tra bảng phụ lục 4.15 (TL1) ta chọn cáp ruột đồng 4 lõi có cách điện bằng giấy tẩm nhựa thông và nhựa không cháy có vỏ chì, chôn trong đất có tiết diện 70 mm2 ,Icp = 265(A). Chọn tương tự với các tuyến khác kết quả ghi trong bảng 4. Bảng4. Kết quả chọn cáp từ tủ phân phối tới tủ động lực. Đường dây Itt (A) IđmA (A) Fcáp (mm2) Icp (A) PP - ĐL1 202,9 300 250 70 265 PP - ĐL2 66,9 100 83,3 16 115 PP - ĐL3 12,2 100 83,3 10 85 PP - ĐL4 43,6 100 83,3 16 115 PP - ĐL5 58,6 100 83,3 16 115 * Kiểm tra tổn thất điện áp khi có dòng đỉnh nhọn chạy qua. ∆U =LIđn ( ro + x0 ) (V) Trong đó: ∆U – Tổn thất điện áp (V). L – Chiều dài của đoạn đường dây. Ro -Điện trở tính trên 1km chiều dài. X0 - điện kháng tính trên 1km chiều dài Với cáp có tiết diện 10mm2 thì r0 = 1,85W/km ; x0 = 0,073W/km Với cáp có tiết diện 16mm2 thì r0 = 1,16W/km ; x0 = 0,0675W/km Với cáp có tiết diện 70mm2 thì r0 =0,26W/km ; x0 = 0,06W/km Xét đoạn đường dây cáp từ tủ phân phối đến tủ động lực 1 Độ dài : L = 20(m); Iđn = 1218,7(A) Theo công thức (3-4) thì tổn thất điện áp trên đoạn cáp này trong điều kiện nặng nề nhất là. ∆U = .L.Idn (r0 + x0 ) = ..0,02.1218,7. (0,26 + 0,06) = 13,5 (V) Tổn thất điện áp tính theo phần trăm % = . - Tổn thất điện áp trên các đường đây khác cũng tính tương tự như vậy kết quả tính toán được thể hiện ở bảng 5. Bảng 5. Kết quả tổn thất điện áp trên các đường dây. Đường dây Chiều dài (m) Dòng điện đỉnh nhọn (A) DU(V) DU% PP-ĐL1 20 1218,7 13,5 3,55 PP-ĐL2 25 328,4 17,45 4,59 PP-ĐL3 18 65,65 3,28 0,86 PP-ĐL4 10 219,47 4,66 1,22 PP-ĐL5 10 229,04 4,87 1,28 Từ bảng kết quả trên ta thấy tổn thất điện áp trong điều kiện nặng nề nhất cũng không vượt quá DUcp% = 5%. Vậy dây dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện tổn thất điện áp cho phép. 2. Chọn cầu chì cho các tủ động lực Cầu chì là thiết bị điện dùng để bảo vệ quá tải và ngắn mạch. Các lộ ra từ tủ động lực đều được bảo vệ bằng cầu chì đối với riêng từng thiết bị thì dòng điện định mức của dây chảy cầu chì được chọn như sau: Idc ³ (3-5) (TL1) Trong đó : Idc : dòng điện định mức của dây chảy cầu chì Ikđ : Dòng điện khởi động của thiết bị điện Ikđ = Kkđ. Iđm = 5.Iđm Đối với nhóm thiết bị Icp ³ (3-6) (TL1) Ngoài ra còn phải kiểm tra theo điều kiện Idc ³ Ittnh (3-7) Trong đó : Iđn : Dòng điện đỉnh nhọn của nhóm thiết bị Ittnh : Dòng điện tính toán của nhóm thiết bị. * chọn cầu chì bảo vệ cho thiết bị số 34 (Thiết bị cao tần ) Ilvmax = Iđm1 = 202,5 (A) Tra bảng chọn cầu chì có các thông số sau : IđmCC = 600 (A) Iđc = 500 (A). Vậy Iđc > Ilvmax Các cầu chì còn lại cũng được chọn tương tự. Mã hiệu, dòng điện định mức của cầu chì và dây chảy cầu chì được thể hiện ở bảng 6. 3. Chọn cáp từ tủ động lực các thiết bị. Chọn cáp từ tủ động lực 1 đến thiết bị số 34 ( Thiết bị cao tần) Ilvmax = Iđm1 = 202,5 (A) Khi đó cáp được chọn phải có: Khi bảo vệ bằng cầu chì: Tra bảng PL 4.13 chọn dây dẫn có tiết diện 120 mm2, Icp = 290 A Kiểm tra: 0,85 . 290 (A) > 500/3 = 167 A Các đường dây khác cũng chọn tương tự kết quả ghi trong bảng 6. Tên nhóm và thiết bị Ký hiệu trên mặt bằng Pdm (kW) Iđm (A) Dây dẫn Cầu chì Mã hiệu Tiết diện (mm2) Đường kính ống thép Mã hiệu Ivỏ / Idc (A) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Nhóm 1 Thiết bị cao tần 34 80 202.5 PPTO 95 3/4’’ PP-2 600 / 430 Thiết bị đo bi 37 23 58.2 PPTO 16 3/4’’ PP-2 200 / 125 Máy nén khí 40 45 113.9 PPTO 50 3/4’’ PP-2 350 / 260 Máy bào gỗ 41 6.5 16.4 PPTO 4 3/4’’ PP-2 100 / 40 Máy cưa tròn 47 7 17.7 PPTO 4 3/4’’ PP-2 100 / 50 Cộng theo nhóm một 161.5 408.7 Nhóm2 Máy khoan 42 4.2 10.6 PPTO 4 3/4’’ PP-2 100 / 30 Máy cưa đai 44 4.5 11.4 PPTO 4 3/4’’ PP-2 100 / 40 Máy bào gỗ 46 10 25.3 PPTO 4 3/4’’ PP-2 100 / 60 Quạt gió trung áp 48 9 22.7 PPTO 4 3/4’’ PP-2 100 / 50 Quạt gió số 9.5 49 12 30.4 PPTO 6 3/4’’ PP-2 100 / 80 Quạt số 14 50 18 45.6 PPTO 6 3/4’’ PP-2 200 / 100 Cộng theo nhóm 2 57.7 146 Nhóm 3 Máy mài dao cắt gọt 18 0.65 1.64 PPTO 2,5 3/4’’ PP-2 100 / 30 Máy mài mũi khoan 19 1.5 3.80 PPTO 2,5 3/4’’ PP-2 100 / 30 Máy mài sắc mũi phay 20 1.0 2.53 PPTO 2,5 3/4’’ PP-2 100 / 30 Máy mài dao chuốt 21 0.65 1.64 PPTO 2,5 3/4’’ PP-2 100 / 30 Máy mài mũi khoét 22 2.9 7.34 PPTO 2,5 3/4’’ PP-2 100/30 Thiết bị để hoá bền KL 23 0.8 2.02 PPTO 2,5 3/4’’ PP-2 100/30 Máy giũa 24 2.2 5.57 PPTO 2,5 3/4’’ PP-2 100/30 Máy khoan bàn 25 0.65 1.64 PPTO 2,5 3/4’’ PP-2 100/30 Máy để mài tròn 26 1.2 3.03 PPTO 2,5 3/4’’ PP-2 100/30 Máy đo độ cứng đầu côn 28 0.6 1.52 PPTO 2,5 3/4’’ PP-2 100/30 Máy mài sắc 31 0.25 0.63 PPTO 2,5 3/4’’ PP-2 100/30 C. trục cánh có palăng đ 33 1.3 3.29 PPTO 2,5 3/4’’ PP-2 100/30 Cộng nhóm 3 13.7 36.02 Nhóm 4 Máy tiện ren 1 7.0 17.7 PPTO 4 3/4’’ PP-2 100/50 Máy tiện ren 3 10.0 25.32 PPTO 4 3/4’’ PP-2 100/60 Máy doa toạ độ 5 2.0 5.06 PPTO 4 3/4’’ PP-2 100/30 Máy bào ngang 6 7.0 17.72 PPTO 4 3/4’’ PP-2 100/50 Máy xọc 7 2.8 7.09 PPTO 4 3/4’’ PP-2 100/30 Máy phay đứng 10 2.8 7.09 PPTO 4 3/4’’ PP-2 100/30 Máy mài phẳng 12 2.5 6.33 PPTO 4 3/4’’ PP-2 100/30 Máy khoan đứng 14 2.8 7.09 PPTO 4 3/4’’ PP-2 100/30 Cộng nhóm 4 36.9 118.19 Nhóm 5 Máy tiện ren 2 7.0 17.7 PPTO 4 3/4’’ PP-2 100/50 Máy tiện ren 3 10.0 25.32 PPTO 4 3/4’’ PP-2 100/60 Máy tiện ren cấp CX cao 4 1.7 4.3 PPTO 4 3/4’’ PP-2 100/30 Máy phay vạn năng 8 7.0 17.7 PPTO 4 3/4’’ PP-2 100/50 Máy phay ngang 9 7.0 17.7 PPTO 4 3/4’’ PP-2 100/50 Máy mài trong 11 4.5 11.39 PPTO 4 3/4’’ PP-2 100/40 Máy mài tròn 13 2.8 7.09 PPTO 2,5 3/4’’ PP-2 100/30 Máy mài vạn năng 17 1.75 4.43 PPTO 2,5 3/4’’ PP-2 100/30 Cộng nhóm 5 41.75 127.76 sơ đồ nguyên lý hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng scck Chương 4 Thiết kế Mạng cao áp cho toàn nhà máy I. xác định phụ tảI tính toán của các phân xưởng + Phụ tải tính toán của các phân xưởng được xác định theo công suất đặt và hệ số nhu cầu. Công thức tính: Ptt = knc . Pđ (kW) (4-1) Trong đó: knc: Hệ số nhu cầu của phân xưởng Pđ : công suất đặt của phân xưởng công suất phản kháng tính toán Qtt = Ptt. tgj (kVAr) (4-2) + Phụ tải chiếu sáng của phân xưởngđược xác định như sau: Pcs = po . S (kW) (4-3) Trong đó : p0: Suất phụ tảI chiếu sáng trên một đơn vị diện tích W/ m2 S : Diện tích của phân xưởng (m2) ở đây hệ thống chiếu sáng của phân xưởng dùng toàn bộ đèn sợi đốt do đó hệ số công suất cosj = 1. Công suất toàn phần tính toán của toàn phân xưởng được xác định theo công thức: (kVA) (4-4) (A) (4-3) 1. Kho củ cải đường Công suất đặt Pđặt = 350 (kW) Diện tích: S = 2100m2 Tra phụ lục 2-1 (TL2). Ta có : knc = 0,3 cosj = 0,7 đ tgj = 1,02 p0 = 10 W/m2 + Công suất tính toán của phân xưởng Ptt = Pđ . knc = 350 . 0,3 =105 (kW) + Công suất chiếu sáng của Phân xưởng Pcs = p0 . S = 10. 2100 = 21 (kW) + Công suất phản kháng tính toán của phân xưởng: Qtt = Ptt . tgj = 105 . 1,02 = 107,1 (kVAr) + Công suất tính toán toàn phần của phân xưởng: = 165,36 (kVA) (A) 2. Phân xưởng thái và nấu củ cải đường Công suất đặt: Pđ = 700 kW Diện tích: S = 1500m2 Tra phụ lục ta có knc = 0,4; cosj = 0,75; tgj = 0,88; p0 = 13W/ m2 Công suất tính toán của phân xưởng Ptt = Pđ . knc = 0,4.700 = 280 (kW) Pcs = p0.S = 13.1500 = 19,5(kW) Qtt = Ptt.tgj = 280.0,88 = 246,4(kVAr) (A) 3. Bộ phận cô đặc Công suất đặt: Pđ = 550 (kW) Diện tích: S = 600m2 Tra phụ lục ta có knc = 0,7; cosj = 0,61, p0 = 10 W/ m2; tgj = 1,3. Công suất tính toán của phân xưởng Ptt = knc. Pđ = 0,7.550 = 385 (kW) Pcs = p0.S = 10.600 = 6 (kW) Qtt = Ptt. tgj = 385.1,3 = 500 (kVAr) (A) 4. Phân xưởng tinh chế Công suất đặt: Pđ = 750 kW Diện tích: S = 1000m2 Tra phụ lục ta có knc = 0,6; cosj = 0,71; tgj = 0,99; p0 = 15W/ m2 Công suất tính toán của phân xưởng Ptt = 0,6.750 = 450 (kW) Pcs = p0.S = 15.1000 = 15(kW) Qtt = Ptt.tgj = 450.0,99 = 445,5(kVAr) (A) 5. Kho thành phẩm Công suất đặt: Pđ = 150 (kW) Diện tích: S = 900m2 Tra phụ lục ta có knc = 0,4; cosj = 0,55, p0 = 10 W/ m2; tgj = 0,62 Công suất tính toán của phân xưởng Ptt = knc. Pđ = 0,4.150 = 60 (kW) Pcs = p0.S = 10.900 = 9 (kW) Qtt = Ptt. tgj = 60.0,62 = 37,2 (kVAr) (A) 6. Phân xưởng sửa chữa cơ khí ( đã tính toán ở chương 2 ) Công suất đặt: Pđ = 479 kW Diện tích: S = 800m2 Ptt = 139,5 (kW) Pcs = 12(kW) Qtt = 185,5(kVAr) (A) 7. Trạm bơm Công suất đặt: Pđ = 600 kW Diện tích: S = 600m2 Tra phụ lục ta có knc = 0,75; cosj = 0,75; tgj = 0,88; p0 = 10W/ m2 Công suất tính toán Ptt = knc. Pđ = 0,75.600 = 450 (kW) Pcs = p0.S = 10.600 = 6(kW) Qtt = Ptt.tgj = 450.0,88 = 396(kVAr) (A) 8. Nhà máy nhiệt điện ( tự dùng 12% ) Diện tích: S = 1200m2; cosj = 1; tgj = 0; p0 = 2 W/ m2; Công suất tính toán Pcs = p0.S = 2.1200 = 2,4(kW) Ptt = 1.2,4 = 2,4 (kW) Stt = 2,4 (kVA) (A) 9. Kho than Công suất đặt: Pđ = 350 kW Diện tích: S = 1000m2 Tra phụ lục ta có knc = 0,7; cosj = 0,8; tgj = 0,75; p0 = 10W/ m2 Công suất tính toán của phân xưởng Ptt =knc. Pđ = 0,7.350 = 245 (kW) Pcs = p0.S = 10.1000 = 10 (kW) Qtt = Ptt.tgj = 245.0,75 = 183,75(kVAr) (A) Phụ tải tính toán của các phân xưởng được ghi trong bảng 4-1 I. Xác định phụ tải tính toán toàn nhà máy (4-6) (4-7) Sttnm = (4-8) Trong đó: kđt: Hệ số đồng thời xét đến khả năng phụ tải của các phân xưởng không đồng thời cực đại. Lấy kđt = 0.85 Pttnm = 0,85.2215,1 = 1883,1 (kW) Qttnm = 0,85.2101,5 = 1786,2 (kVAr) (kVA) Bảng 4-1. Bảng kết quả tính phụ tải tính toán các phân xưởng TT Tên phân xưởng Pđ (kW) knc Cosj P0 (W/m2) S(m2) Công suất tính toán (KW) Qtt (kVAr) Stt (kVA) Itt(A) Động lực (kW) Chiếu sáng (kW) Tổng cộng (kW) 1 Kho củ cải đường 350 0.3 0.7 10 2100 105 21 126 107.1 165.36 251.2 2 Phân xưởng thái và nấu củ cải đường 700 0.4 0.75 13 1500 280 19.5 299.5 246.4 387.8 589.2 3 Bộ phận cô đặc 550 0.7 0.61 10 600 385 6 391 500 634.7 964.3 4 Phân xưởng tinh chế 750 0.6 0.71 15 1000 450 15 465 445.5 643.9 978.3 5 Kho thành phẩm 150 0.4 0.85 10 900 60 9 69 37,2 78.38 119.08 6 Phân xưởng sửa chữa cơ khí 479 0.6 15 800 139.5 12 151.5 185.5 239.5 363.8 7 Trạm bơm 700 0.75 0.75 10 600 450 6 456 396 603.9 917.5 8 Nhà máy nhiệt điện 600 1 2 1200 0 2.4 2.4 0 2.4 3.65 9 Kho than 350 0.7 0.8 10 1000 245 10 255 183.75 314.3 477.5 10 Toàn nhà máy 0.7 1883,1 1786,2 2595,5 4664.53 II. Chọn sơ đồ cung cấp đIện cho mạng cao áp của nhà máy 1. Lập biểu đồ phụ tải của nhà máy Biểu đồ phụ tải của xí nghiệp là những vòng tròn vẽ trên mặt bằng có trên diện tích tương ứng với phụ tải tính toán các phân xưởng theo tỷ lệ xích lựa chọn. Với một phân xưởng vẽ một vòng tròn có tâm trùng với tâm phụ tải phân xưởng. Biểu đồ phụ tải cho phép người thiết kế hình dung khá rõ phân bố phụ tải trong phạm vi xí nghiệp. Bản đồ phụ tải gồm các vòng tròn có diện tích PR2 và với tỉ lệ xích lựa chọn (m ), diện tích đó bằng phụ tải tính toán của phân xưởng tương ứng: Stti = P.Ri2. m Để đơn giản trong tính toán coi tâm phụ tải trùng với tâm diện tích phân xưởng trên mặt bằng và không xét đến sự khác nhau giữa các loại phụ tải ( động lực và chiếu sáng ). Khi đó có thể dùng phương pháp hình học để xác định tâm phụ tải. Đồ thị phụ tải được chia làm 2 phần: Phụ tải động lực là phần gạch chéo, còn phụ tải chiếu sáng là phần còn lại. - Bán kính được xác định: (mm) (4-10) 2. Xác định bán kính vòng tròn biểu đồ phụ tải và góc hình quạt của phần chiếu sáng cho các phân xưởng. a. Kho củ cải đường: Chọn tỉ lệ xích m = 2 ((kVA)/ mm2 ) (mm) Tính toán tương tự như trên với các phân xưởng khác. Kết quả ghi trong bảng 4-2 TT Tên phân xưởng Pcs (kW) Stt (kVA) R (mm) a (độ) 1 Kho củ cải đường 21 165.36 5.13 45.7 2 Phân xưởng thái và nốu củ cải đường 19.5 387.8 7.85 18 3 Bộ phận cô đặc 6 634.7 10 3.4 4 Phân xưởng tinh chế 15 643.9 10 8.5 5 Kho thành phẩm 9 78.38 3.5 41.3 6 Phân xưởng SCCK 12 239.5 6.2 18.03 7 Trạm bơm 6 603.9 9.8 3.5 8 Nhà máy nhiệt điện 2.4 2.4 0.6 360 9 Kho than 10 314.3 7.07 11.45 3. Các Phương án nối điện mạng cao áp của nhà máy. Xác định phương án cung cấp đIện là một khâu rất quan trọng trong quá trình thiết kế cung cấp điện. Bởi vì xác định đúng đắn hợp lý phương án cung cáp đIện sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới việc vận hành khai thác và phát huy hiệu quả của hệ thống. Ngược lại nếu phương án cung cấp đIện không hợp lý sẽ gây những hậu quả xấu lâu dàI về sau. Do đó để xác định phương án nào hợp lý chúng ta cần vạch ra nhiều phương án sau đó so sánh các phương án này với nhau. Nhà máy được cung cấp điện từ trạm biến áp khu vực có cấp điện áp 10 kV cách xa nhà máy 6 km. Vì nhà máy có nhiều phân xưởng với công suất tương đối lớn nên cần phải xây dựng một trạm phân phối trung gian 10 kV để cung cấp cho các trạm biến áp phân xưởng. Để đảm bảo về mặt kinh tế thì trạm phân phối phải đặt ở tâm phụ tải của nhà máy , khi đó sẽ giảm được chi phí đầu tư cho dây dẫn và giảm được tổn thất điện năng. 3.1 Xác định tâm phụ tải của nhà máy. Trên sơ đồ mặt bằng nhà máy vẽ một hệ toạ độ XOY. Vậy trọng tâm phụ tải của nhà máy được xác định theo toạ độ M (x,y) theo công thức sau: , (4-11) Trong đó : x, y: là toạ độ tâm phụ tải đIện của nhà máy. xi, yi: là toạ độ tâm phụ tải của phân xưởng thứ i. Để tiện cho việc tính toán lập bảng tâm phụ tải các phân xưởng có toạ độ như bảng 4.3. Bảng 4.3: Bảng xác định tâm phụ tải của nhà máy Ký hiệu phân xưởng Stt x y x.Stt y.Stt x y 1 165.36 34 70 5622.24 11575.2 2 387.8 34 153 13185.2 59333.4 3 634.7 34 190 21579.8 120590 4 643.9 34 215 21892.6 138438.5 5 78.38 57 215 4467.66 16851.7 6 239.5 119 147 28500.5 35206.5 7 603.9 112 103 67636.8 62201.7 8 2.4 123 80 295.2 192 9 314.3 123 40 38658.9 12572 Tổng cộng 3061.24 201838.9 456961 65.93 149.3 Từ bảng tính toán thay vào công thức (4-11) ta tính được toạ độ tâm phụ tải của nhà máy là M (58,8; 149). Chiếu lên mặt bàng ta thấy đây là khoảng trống. Nên vị trí này thuận lợi cho việc xây dựng trạm phân phối trung gian. 3.2. Chọn sơ đồ các phương án cung cấp điện cho nhà máy. Chọn sơ đồ các phương án cung cấp điện cho nhà máy phải thoả mãn các yêu cầu cơ bản sau đây. Đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật. Đảm bảo độ tin cậy, tính liên tục cung cấp điện phù hợp với yêu cầu của phụ tải. Thuận tiện và linh hoạt trong vận hành. Có các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật hợp lý. An toàn cho người và thiết bị. Dễ dàng phát triển để đáp ứng các nhu cầu tăng trưởng của phụ tải điện. Căn cứ vào các yêu cầu trên ta lập ra các phương án sau: * Phương án 1 : Có sơ đồ nối dây hình tia được thể hiện trên bản vẽ 4.2. Toàn nhà máy có một trạm phân phối trung tâm và 4 trạm biến ap phân xưởng . Trạm biến áp T1: Cung cấp điện cho kho củ cải đường (!) và phân xưởng thái và nấu củ cải đường. Trạm biến áp T2 : Cung cấp điện cho các phân xưởng : Bộ phận cô đặc và phân xưởng tinh chế. Trạm biến áp T3 : Cung cấp điện cho kho thành phẩm và phân xưởng sửa chữa cơ khí . Trạm biến áp T4 : cung cấp điện cho trạm bơm, nhà máy nhiệt điện, và kho than. * Phương án 2 : Dùng sơ đồ hình tia được thể hiện trên bản vẽ 4.3. Số lượng trạm biến áp phân xưởng là 5. Trạm biến áp T1: cung cấp cho Kho Củ cải đường, kho than và nhà máy NĐ . Trạm biến áp T2: Cung cấp cho phân xưởng thái và nấu củ cải đường . Trạm biến áp T3: Cung cấp cho bộ phận cô đặc (3). Trạm biến áp T4: Cung cấp cho phân xưởng tinh chế và kho thành phẩm . Trạm biến áp T5: Cung cấp cho phân xưởng sửa chữa cơ khí và trạm bơm . * Phương án 3: Dùng sơ đồ hình tia được trình bày trên hình 4.4. Số lượng trạm biến áp phân xưởng là 4. Trạm biến áp T1: Cung cấp cho phân xưởng 1,2 và 9. Trạm biến áp T2: Cung cấp cho phân xưởng số 3 và 5. Trạm biến áp T3: Cung cấp cho phân xưởng số 4 và 6. Trạm biến áp T4: Cung cấp cho phân xưởng số 7 và 8. * Phương án 4: Dùng sơ đồ hình tia được trình bày trên hình 4.5. Số lượng trạm biến áp là 4. Trạm biến áp T1: Cung cấp cho phân xưởng số 1 và 2. Trạm biến áp T2: Cung cấp cho phân xưởng số 3. Trạm biến áp T3: Cung cấp cho phân xưởng số 4 và 6. Trạm biến áp T4: Cung cấp cho phân xưởng số 6,7,8 và 9. * Phương án 5: Được trình vày trên bản vẽ 4.6. Số trạm biến áp là 4. Trạm biến áp T1: Cung cấp cho phân xưởng số 1,2,8 và 9. Trạm biến áp T2: Cung cấp cho phân xưởng số 3. Trạm biến áp T3: Cung cấp cho phân xưởng số 4 và 5. Trạm biến áp T4: Cung cấp cho phân xưởng số 6 và 7. 3.3. Chọn sơ bộ máy biến áp cho các phương án. Máy biến áp được chọn theo điều kiện . - Đối với trạm biến áp có một máy : S’đm ³ Stt (4-12) (TL!) - Đối với trạm biến áp có n máy : n.S’đm ³ Stt (4-13) (TL!) - Kiểm tra điều kiện quá tải : SđmBA . Với Kqt = 1,4 Trong đó: S’đm: Là công suất định mức của máy biến áp sau khi đã hiệu chỉnh theo nhiệt độ . S’đm được tính theo công thức: S’đm = Sđm . Trong đó: qtb - Nhiệt độ trung bình hàng năm của môi trường đặt máy ( 0C ). qcđ - Nhiệt độ cực đại của môi trường nơi đặt máy ( 0C ). Chọn qtb = 200C, qcđ = 400C. Vậy S’đm = Sđm. = 0,81.Sđm (4-14). 1. Chọn máy biến áp cho phương án 1. * Với trạm biến áp T1: Do tính chất quan trọng của phụ tải nên ta dùng 2 máy biến áp cùng loại. Vì trạm T1 Phải cung cấp cho 2 phụ tải có cosj khác nhau nên ta tính công suất tính toán như sau: = 553,18 (kVA). Ap dụng công thức (4-12) và (4-14) thì dung lượng máy biến áp được chọn phải thoả mãn. (kVA) Tra bảng ta chọn loại máy biến áp phân phối do hãng ABB chế tạo có các thông số kỹ thuật sau: Sđm = 500 (kVA) ; Uc/ UH = 10/ 0,4 (kV). DP0 = 1000 (W); DPN = 7000 (W); UN = 4,5% đ (kVA) Tính toán tương tự cho các trạm T2, T3, T4 và các phương án khác. Kết quả được ghi trong bảng 4-4. Bảng 4-4 Phương án 1 Ký hiệu trên mặt bằng Tên phân xưởng Stt (kVA) Công suất tính toán của MBA (kVA) Tên trạm biến áp Số lượng máy biến áp Dung lượng của máy biến áp Hệ số hiệu chỉnh Dung lượng của trạm biến áp Một máy BA Toàn bộ 1 Kho củ cải đường 165.36 553.18 T1 2 500 1000 0.81 810 2 Phân xưởng thái và nấu củ cải đường 387.8 3 Bộ phận cô đặc 634.7 1275.42 T2 2 1000 2000 0.81 1620 4 Phân xưởng tinh chế 643.9 5 Phân xưởng SCCK 239.5 313.4 T3 2 250 500 0.81 405 6 Kho thành phẩm 78.38 7 Trạm bơm 603.9 737 T4 2 500 1000 0.81 810 8 Nhà máy NĐ 2.4 9 Kho than 314.3 Phương án 2 Ký hiệu trên mặt bằng Tên phân xưởng Stt (kVA) Công suất tính toán của TBA (kVA) Tên trạm biến áp Số lượng máy biến áp Dung lượng của máy biến áp Hệ số hiệu chỉnh Dung lượng của trạm biến áp Một máy BA Toàn bộ 1 Kho củ cải đường 165.36 481.2 T1 2 400 800 0.81 648 8 Nhà máy NĐ 2.4 9 Kho than 314.3 2 Phân xưởng thái và nấu củ cải đường 387.8 387.8 T2 2 315 630 0.81 510.3 3 Bộ phận cô đặc 634.7 634.7 T3 2 500 1000 0.81 810 5 Kho thành phẩm 78.38 719.8 T4 2 500 1000 0.81 810 4 Phân xưởng tinh chế 643.9 6 Phân xưởng sửa chữa cơ khí 239.5 840.9 T5 2 630 1260 0.81 1020.6 7 Trạm bơm 603.9 Phương án 3 Ký hiệu trên mặt bằng Tên phân xưởng Stt (kVA) Công suất tính toán của MBA (kVA) Tên trạm biến áp Số lượng máy biến áp Dung lượng của máy biến áp Hệ số hiệu chỉnh Dung lượng của trạm biến áp Một máy BA Toàn bộ 2 Phân xưởng thái và nấu củ cải đường 387.8 867 T1 2 630 1260 0.81 1020.6 1 Kho củ cải đường 165.36 9 Kho than 314.3 3 Bộ phận cô đặc 634.7 707.2 T2 2 500 1000 0.81 810 5 Kho thành phẩm 78.38 6 Phân xưởng SCCK 239.5 549.1 T3 2 400 800 0.81 648 4 Phân xưởng tinh chế 643.9 7 Trạm bơm 603.9 605.7 T4 2 400 800 0.81 648 8 Nhà máy NĐ 2.4 Phương án 4 Ký hiệu trên mặt bằng Tên phân xưởng Stt (kVA) Công suất tính toán của MBA (kVA) Tên trạm biến áp Số lượng máy biến áp Dung lượng của máy biến áp Hệ số hiệu chỉnh Dung lượng của trạm biến áp Một máy BA Toàn bộ 2 Phân xưởng thái và nấu củ cải đường 387.8 553.18 T1 2 500 1000 0.81 810 1 Kho củ cải đường 165.36 3 Bộ phận cô đặc 634.7 634.7 T2 2 500 1000 0.81 810 4 Phân xưởng tinh chế 78.38 719.8 T3 2 500 1000 0.81 810 5 Kho thành phẩm 643.9 6 Phân xưởng sửa chữa cơ khí 239.5 1154.8 T4 2 800 1600 0.81 1296 7 Trạm bơm 603.9 8 Nhà máy NĐ 2.4 9 Kho than 314.3 Phương án 5 Ký hiệu trên mặt bằng Tên phân xưởng Stt (kVA) Công suất tính toán của MBA (kVA) Tên trạm biến áp Số lượng máy biến áp Dung lượng của máy biến áp Hệ số hiệu chỉnh Dung lượng của trạm biến áp Một máy BA Toàn bộ 1 Kho củ cải đường 165.36 869 T1 2 630 1260 0.81 1020.6 2 Phân xưởng thái và nấu củ cải đường 387.8 8 Nhà máy NĐ 2.4 9 Kho than 314.3 3 Bộ phận cô đặc 634.7 634.7 T2 2 500 1000 0.81 810 4 Phân xưởng tinh chế 643.9 719.8 T3 2 500 1000 0.81 810 5 Kho thành phẩm 78.38 6 Phân xưởng SCCK 239.5 840.9 T4 2 630 1260 0.81 1020.6 7 Trạm bơm 603.9 Từ bảng kết quả ta tính được độ dữ trữ của các phương án như sau: kdt = (4-15) Tính độ dữ trữ cho một phương án 1. áp dụng công thức ( 4-15) ta có : kdt = Tính toán tương tự cho các phương án khác kết quả ghi trong bảng sau: Bảng 4-5: Phương án kdt(%) Phương án I 34 Phương án II 23.7 Phương án III 14.5 Phương án IV 21.3 Phương án V 19.2 Nhìn vào bảng kết quả độ dữ trữ ta thấy các phương án đều thoã mãn điều kiện phát triển phụ tải điện của nhà máy trong tương lai. Trong 5 phương án đưa ra nhìn chung về mặt kỹ thuật đều chấp nhận được và có thể đem ra sử dụng, nhưng theo yêu cầu đặt ra là phải chọn ra phương án có chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật tốt nhất. Từ yêu cầu đặt ra là dễ dàng trong thao tác vận hành và quản lý tiết kiệm vốn đầu tư, chi phí vận hành nhỏ ta thấy phương án 2 có số lượng máy biến áp tương đối lớn (8 máy) và có tới 3 loại như vậy theo điều kiện này ta loại phương án 2. Còn lai 4 phương án ta dùng phương pháp mô men phụ tải để so sánh sơ bộ giữa các phương án để chọn ra 2 phương án tốt nhất trong 4 phương án đó và đem so sánh kinh tế . Mô men phụ tải của đường dây được tính như sau: M = S.L. (kVA. km) Trong đó : S: là công suất truyền tải qua đường dây đó (kVA) L: Là độ dài của đường dây đó (km) Vì các phương án đều có đường dây trừ trạm biến áp khu vực tới trạm phân phối trung tâm giống nhau, nên không cần tính nữa . Quy ước tên của đường dây là tên của trạm nó đi tới. *Tính mô men phụ tải cho phương án 1: Có 4 đường dây dẫn tới 4 trạm. Công suất và chiều dài của các đường dây được ghi trong bảng 4-6. áp dụng công thức 4-16 ta có : M= Si.Li =200,6 (kVA.km). Các phương án còn lại tính toán tương tự kết quả cho dưới bảng 4-6. Bảng 4-6 Phương án Phương án I Phương án III Phương án IV Phương án V Đường dây 1(T1) Stt(kVA) 553.18 867 553.18 869 L(km) 0.02 0.02 0.02 0.02 Đường dây 2(T2) Stt(kVA) 1275.42 707.2 634.7 634.7 L(km) 0.03 0.03 0.03 0.03 Đường dây 3(T3) Stt(kVA) 313.4 549.1 719.8 719.8 L(km) 0.13 0.13 0.09 0.09 Đường dây 4(T4) Stt(kVA) 737 605.7 1154.8 840.9 L(km) 0.15 0.15 0.13 0.13 M ( kVA.km) 200.6 200.8 245 210.5 Từ bảng kết quả cho ta thấy phương án 1 và 3 có chỉ số mômen phụ tải nhỏ nhất tức là vốn đầu tư vào kim loại màu cho 2 phương án là nhỏ nhất còn phương án 4 và 5 có chỉ số mô men lớn hơn nên ta loại bỏ vậy ta giữ lại phương án 1 và 3 để so sánh kinh tế để chọn ra phương án tốt nhất cho nhà máy. 4. Tính toán các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật. Khi so sánh 2 phương án (1 và 3) về mặt kinh tế để chon ra được phương án tối ưu nhất cho nhà máy ta dùng hàm chi phí tính toán. vì 2 phương án cũng có những phần giống nhau nên ta có thể bỏ qua. 4.1. Chon dây dẫn. Chọn dây dẫn từ biến áp trung gian về trạm phân phối. Chiều dài của đường dây này là 6 km. Ta sử dụng dây nhôm lõi thép, lộ kép . Dây dẫn được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế : F = (mm2) ( 4-17) Trong đó : ILvmax:Dòng điện làm việc lớn nhất chay qua dây dẫn (đối với phụ tải nhà máy thì đó là dòng tính toán Itt ) JKT: Mật độ dòng điện kinh tế, phụ thuộc vào vật liệu dẫn và thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax. Nhà máy làm việc 3 ca có Tmax = 5000h thì JKT = 1,1 - Dây dẫn được kiểm tra theo điều kiện: ICP ³ Icb (4-18) DU < Ucp (4-19) Trong đó : Icp: Dòng điện cho phép làm việc lâu dài của dây dẫn. Icb : Dòng làm việc cưỡng bức. DU – Tổng thất điện áp trên đường dây . DUcp – tổn thất điện áp cho phép (5%) Ta đã có : SttNM = 2595,5 (kVA) Vậy: ILVmax = Fnm = (mm2) Tra bảng chọn dây loại AC -95. Với các thông số. Icp=335 (A) r =0,33 (W /km) x = 0,385 (W /km). + Dòng điện cưỡng bức của lộ dây kép được tính khi một lộ bị đứt ta có : Icb =2.ILV max =149,85(A) Icp =335 (A) Icp ILV max Vậy dây dẫn đã chọn thoã mãn điều kiện phát nóng. + Kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp . DU = (4-20) Trong đó : Ptt=1883,1 (kW) Qtt= 1786,2 (kVAr) R =r .L=0,33.6=1,98 (W) X = x .L=0,385.6=2,31 (W) DU = (V) DU < DUcp =5% .Uđm =500 (V) b/ Chọn dây dẫn cho phương án I và phương án III. * Phương án 1. Chọn cáp từ trạm phân phối đến trạm biến áp phân xưởng . Cáp cao áp được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế . F = (4-21) Với Tmax =5000h, chọn cáp cao su lõi đồng ta có JKT =2,5A/mm2. Cáp được chọn phải thoả mãn điều kiện: Điều kiện phát nóng: I’ I Trong đó : I’- Dòng đIện làm việc lâu dài cho phép của cáp đã được hiệu chỉnh theo nhiệt độ và số cáp trong rãnh . I’=k. I=0.85 .I (4-22a) Điều kiện ổn định nhiệt :Fmin = .I.. (4- 22- b) Trong đó : Fmm- tiết diện nhỏ nhất của cáp có ổn định nhiệt. - hệ số phụ thuộc vào vật dẫn với cáp lõi đồng thì =7. I - Dòng điện ngắn mạch duy trì lớn nhất có thể đi qua cáp . t - Thời gian tồn tại ngắn mạch. Trong phần này ta chỉ kiểm tra dây dẫn theo điều kiện phát nóng để phục vụ cho việc so sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật giã các phương án còn kiểm tra ổn định nhiệt sẽ tính ở phần ngắn mạch. + Chọn cáp từ trạm phân phối trung gian tới trạm biến ápT1. Theo kết quả tính toán phần trước ta có : ILvmax = kqt. Với kqt - hệ số quá tải của máy biến áp: kqt=1,4 Vậy tiết diện kinh tế của đường cáp này là: F =(mm2) Chọn cáp tiết diện 25 mm2 có thông số Icp =120 (A) I’=0.85 .120 =102 (A) Vậy I’ > ILV max = 32.74 (A) Các đường cáp từ trạm phân phối đến các trạm biến áp phân xưởng còn lại cũng được chọn tương tự như trên. Kết quả thể hiện trên bảng 4.7. Bảng 4 -7. Bảng chọn cáp từ trạm PPTT đến trạm biến áp phân xưởng Phương án1 Tên đường Dây ILV max (A) ICP(A) Tiết diện (mm2) Chiều dài (km) Giá tiền(106đ) 1km Toàn bộ TPP-T1 2x32,74 2x120 2x25 2x0,02 95 3,8 TPP-T2 2x65,47 2x150 2x35 2x0,03 120 7,2 TPP-T3 2x16,36 2x95 2x16 2x0,13 84 21,84 TPP-T4 2x32,74 2x120 2x25 2x0,15 95 28,5 Tổng số 61,34 * Phương án 3: Chọn cáp cao su cho phương án 3 cũng tưong tự như phương án 1 kết quả ghi trong bảng 4.8. Bảng 4.8. Tên đường dây ILV max (A) ICP(A) Tiết diện (mm2) Chiều dài (km) Giá tiền(106đ) 1km Toàn bộ TPP-T1 2x41,25 2x120 2x25 2x0,02 95 3,8 TPP-T2 2x32,73 2x120 2x25 2x0,03 95 5,7 TPP-T3 2x26,18 2x95 2x16 2x0,13 84 21,84 TPP-T4 2x26,18 2x95 2x16 2x0,15 84 25,2 Tổng số 56,54 4.2. Tính tổn thất điện năng và tổn thất điện áp trong mạng cao áp. Tính tổn thất điện năng : Tổn thất điện năng trên các đường dây được xác định theo công thức : DAdd =r0 .L. t.10-3. (4-23) Trong đó : t - Thời gian tổn thất công suất phụ thuộc vào cosj và Tmax Với Tmax = 5000h, cosj = 0,6 ta có t = 4150h. S - công suất tính toán đi qua đường dây đó. n - Số đường dây: đường dây kép n=2. đường dây đơn n=1. Tính tổn thất điện năng từ TPP đến T1(Phương án 1). Stt =553,18 (kW) L=0.02 (km) r0=0,740 W/km. x0 =0.099 W/km. Thay vào công thức 4-23 ta có : DA =.4150.10-3 =93,97(kWh) Tính toán tương tự cho các lộ khác, kết quả trình bày ở bảng 4-9. Phương án 3: Cũng tính toán tương tự, kết quả ghi trong bảng 4-9. * Tính tổn thất điện áp : Tổn thất điện áp trên đường dây được tính theo công thức : DU = (V) (4-24) Trong đó : P,Q - là công suất tác dụng và phản kháng tính toán chạy trên đường dây (kW; kVAr). R,X - là điện trở và điện kháng của đường dây (W). Tính tổn thất điện áp trên đường dây từ trạm phân phối đến T1. ( Phương án 1). Thông số đường dây: Ptt =425.5 (kw) Qtt = 353,5 (kVAr) r0 = 0,740W/kmR=(W). x0 = 0,147W/kmX =(W). Theo công thức 4-24 ta có: DU = Tổn thất điện áp tính theo%. DU% = Tính toán tương tự đối với các đường dây khác kết quả ghi trong bảng 4-9. Bảng 4-9. Bảng tính tổn thất điện năng và tổn thất điện áp trong mạng cao áp Phương án 1 Đường dây Ptt (kW) Qtt (kVAr) Stt (kVA) R0 (W/km) X0 (W/km) L(km) R(W) X(W) DA (kWh) DU (V) DU (%) TPP-T1 425,5 353,5 553,2 0,74 0,099 2x0,02 0,0074 0,00099 93,97 0,349 0,0035 TPP-T2 856 945,5 1278,6 0,520 0,095 2x0,03 0,0078 0,00143 529,2 0,803 0,008 TPP-T3 220,5 222,62 317,88 1,150 0,113 2x0,13 0,07475 0,00734 313,5 1,812 0,0181 TPP-T4 713,4 579,75 920,6 0,74 0,099 2x0,15 0,0555 0,00742 1952 4,389 0,043 Tổng 2888,67 Phương án 3 Đường dây Ptt (kW) Qtt (kVAr) Stt (kVA) r0 (W/km) x0 (W/km) L(km) R(W) X(W) DA (kWh) DU (V) DU (%) TPP-T1 680,5 537,25 867,46 0,740 0,099 2x0,02 0,0074 0,00099 231,08 0,556 0,00556 TPP-T2 460 537,12 713,08 0,740 0,099 2x0,03 0,0111 0,00148 234,23 0,590 0,0059 TPP-T3 616,5 631 883,4 1,150 0,113 2x0,13 0,07475 0,00734 2420,9 5,07 0,0507 TPP-T4 458,4 396 606,3 1,150 0,113 2x0,15 0,08625 0,00847 1315,8 4,289 0,043 Tổng 4202,01 -Tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng cao áp là : + Phương án 1: % + Phương án 3: % 4.3. Tính tổn thất điện năng trong máy biến áp Tổn thất điện năng trong máy biến áp được xác định theo công thức: (kWh) (4-25) Trong đó: n- Là số máy biến áp làm việc song song. DP0, DPN - Tổn thất không tải và ngắn mạch của máy biến áp (kW) S – Phụ tải tính toán của máy biến áp. Sđm – công suất định mức của máy biến áp. t - Thời gian làm việc của máy biến áp trong một năm: t = 8760 (h). t - Thời gian tổn thất công suất lớn nhất: t = 3410,9 (h). + tính tổn thất điện năng cho trạm biến áp T1 (Phương án 1). Máy biến áp do ABB chế tạo công suất 500 (kVA) có tổn thất công suất không tải và ngắn mạch là: DP0 = 1000(W) = 1 (kW). DPN = 7000(W) = 7 (kW). Phụ tải tính toán của trạm biến áp là: Stt = 553,18 (kVA) áp dụng công thức (4-25) ta tính được: =2. 1. 8760 + 7. 3410,9. (kWh). Tính toán tương tự cho các trạm còn lại ta được kết quả ghi trong bảng 4-10. Bảng 4-10. Bảng tính tổn thất điện năng trong máy biến áp Phương án 1 Tên trạm BA SđmBA (kVA) Stt (kVA) DP0 (kW) DPN (kW) Số lượng DABA (kWh) Giá thành(x106đ) 1MBA Toàn bộ TPP-T1 500 553,18 1 7 2 32132,68 400 800 TPP-T2 1000 1275,42 1,75 13 2 66725,23 460 920 TPP-T3 250 313,4 0,64 4,1 2 22201,36 340 680 TPP-T4 500 737 1 7 2 43457,73 400 800 Tổng 164517 3200 Phương án 3: Tên trạm BA SđmBA (kVA) Stt (kVA) DP0 (kW) DPN (kW) Số lượng DABA (kWh) Giá thành(x106đ) 1MBA Toàn bộ TPP-T1 630 867 1,2 8,2 2 47509,6 420 840 TPP-T2 500 707,2 1 7 2 41402,59 400 800 TPP-T3 400 549,1 0,84 5,75 2 33196,28 400 800 TPP-T4 400 605,7 0,84 5,75 2 37202,27 400 800 Tổng 159310,74 3600 4.4. Tính chi phí tính toán cho các phương án. Chi phí tính toán của các phương án được tính theo công thức: Z = K. ( avh +atc ) + C (4-26) Trong đó: K- Vốn đầu tư cho việc mua thiết bị kể cả tiền vận chuyển và lắp đặt. atc, avh – Hệ số thu hồi vốn tiêu chuẩn và hệ số khấu hao do vận hành: atc = 0,125 ; avh = 0,1 C- Chi phí do tổn thất đIện năng. C = DAồ. b (4-27) b- Giá tiền tổn thất đIện năng, lấy b = 500đ/ kWh. DAồ - Tổng tổn thất đIện năng trong mạng cao ápcủa nhà máy. DAồ = DAdd + DABA (4-28) a/ Tính chi phí tính toán cho phương án 1. Vốn đầu tư cho máy biến áp là: 3200 (106đ) Vốn đầu tư cho việc mua cáp là: 61,34 (106đ ) Số máy cắt hợp bộ trong trạm phân phối của phương án 1 là 11. Giá một máy cắt hợp bộ ( 10kV ), 630A là 18,5 (106đ)/ 1 bộ. Vậy chi phí mua máy cắt là: 11. 18,5 (106đ) = 203,5 (106đ). + Vốn đầu tư cho phương án 1 là: K1 = 1,3.3200 + 1,6. 61,34 + 203,5 = 4461,64. 106đ. +Tổng tổn thất điện năng trong mạng cao áp của nhà máy: DAồ = DAdd + DABA = 2888,67 + 164517 = 167405,67 (kWh). + Chi phí tổn thất đIện năng của phương án 1 là: C = DAồ. b = 167405,67 . 500 = 83,87.106 đ Vậy chi phí tính toán : Z1 = K. ( avh +atc ) + C = 4461,64. ( 0,125 + 0,1 ) + 83,87 = 1087,74. 106 đ. b/ Tính chi phí tính toán cho phương án 3. Vốn đầu tư cho máy biến áp là: 3600 (106đ) Vốn đầu tư cho việc mua cáp là: 56,54 (106đ ) Số máy cắt hợp bộ trong trạm phân phối của phương án 3 là 11. Giá một máy cắt hợp bộ ( 10kV ), 630A là 18,5 (106đ)/ 1 bộ. Vậy chi phí mua máy cắt là: 11. 18,5 (106đ) = 203,5 (106đ). + Vốn đầu tư cho phương án 3 là: K3 = 1,3.3600 + 1,6. 56,54 + 203,5 = 4973,97. 106đ. +Tổng tổn thất đIện năng trong mạng cao áp của nhà máy: DAồ = DAdd + DABA = 4202,01 + 159310,74 = 163512,75 (kWh). + Chi phí tổn thất điện năng của phương án 3 là: C = DAồ. b = 163512,75 . 500 = 81,76.106 đ Vậy chi phí tính toán : Z3 = K. ( avh +atc ) + C = 4973,97. ( 0,125 + 0,1 ) + 81,76 = 1200,9. 106 đ. 4.5. So sánh chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của 2 phương án. Từ kết quả đã tính tóm tắt lại ta có bảng kết quả ở bảng 4-11. Phương án Chi phí tính toán Z.(10)6 DUMax (%) DA (kWh) Phương án 1 1087,74 2,145 167405,67 Phương án 3 1200,9 2,145 163512,75 Từ kết quả bảng trên ta thấy chi phí tính toán của phương án 1 nhỏ hơn phương án 3. Do yêu cầu đặt ra là dễ dàng trong thao tác vận hành và quản lý tiết kiệm vốn đầu tư, chi phí vận hành nhỏ . Do vậy ta chọn phương án 1 làm phương án cung cấp điện cho nhà máy. Iii - Lựa chọn sơ đồ trạm phân phối trung tâm và các trạm biến áp phân xưởng. 1. Sơ đồ trạm phân phối trung tâm. Đối với trạm phân phối trung tâm của nhà máy ta dùng sơ đồ hệ thống một thanh góp có phân đoạn . Tại mỗi tuyến dây vào , ra khỏi thanh góp và liên lạc giữa hai phân đoạn thanh góp đều dùng máy cắt hợp bộ . Để bảo vệ chống sét truyền từ đường dây vào trạm đặt chống sét van trên mỗi phân đoạn thanh góp. Ngoài ra trên mỗi phân đoạn thanh góp đặt một máy biến áp đo lường 3pha 5 trụcó cuộn tam giác hở báo chạm đất một pha trên cáp 10kV. Máy biến dòng được đặt trên tất cả các lộ vào và ra của trạm. Chọn dùng các tủ hợp bộ của hãng SIEMENS, máy cắt loại 8DC11, cách điện bằng khí SF6 có các thông số kỹ thuật ghi trong bảng 4-12. Bảng 4-12: thông số máy cắt tại trạm PPTT. Loại MC Uđm(KV) Iđm(A) IN,KA max IN,KA 1-3S 8DC11 12 1250 63 25 Sơ đồ nối ghép trạm phân phối trung tâm được trình bày trên hình 4-7. 2. Sơ đồ trạm biến áp phân xưởng . Vì các trạm biến áp phân xưởng rất gần với trạm phân phối trung tâm nên phía cao áp chỉ cần đặt cầu chì và dao cách ly phía hạ áp đặt át tô mát tổng và các át tô mát nhánh, trạm hai máy biến áp đặt thêm áp tô mát liên lạc giữa 2 phân đoạn: Đặt một tủ đầu vào 10kV có giao cách ly 3 vị trí, cách điện bằng SF6 loại 8DH10. Bảng 4-13 Thông số kỹ thuật của tủ vào 8DH10. Loại tủ Cách điện Uđm(kV) IđmA lộ cáp IđmA lộ MBA IN kA 1S IN Amax 8DH10 SF6 12 1250 200 25 63 * Các máy biến áp chọn các át tô mát của hãng Merlin Gerin. + Với trạm 2 máy biến áp đặt 5 tủ: 2 tủ át tô mát tổng, 1 tủ át tô mát phân đoạn và 2 tủ át tô mát nhánh (hình 4-8b) Cụ thể chọn các át tô mát như sau: Dòng lớn nhất qua át tô mát tổng của máy biến áp 500 kVA là: Imax = Dòng lớn nhất qua át tô mát tổng của máy biến áp 1000 kVA là: Imax = Chủng loại và số lượng các át tô mát chọn được ghi trong bảng 4-15. Bảng 4 -15: Bảng chọn áptômát đặt trong các trạm biến áp phân xưởng hãng Merlin Gerin. Trạm BA Loại Số lượng Uđm(V) Iđm(A) IN(kA) T1 NS - 600E 3 500 600 10 NS -400E 4 500 400 10 T2 CM-1600N 3 500 1600 50 C- 801N 4 500 800 25 T3 NS - 600E 1 500 600 10 NS - 400E 2 500 400 10 T4 NS - 600E 1 500 1600 50 NS - 400E 2 500 800 25 *Lựa chọn dao cách ly phía cao áp trạm biến áp phân xưởng. Chọn dao cách ly đặt trong nhà loại PB - 10/ 400 cho tất cả các trạm biến áp phân xưởng. Dao cách ly PB - 10/ 400 có các thông số kỹ thuật sau: Loại Uđm(kV) Iđm (A) Dòng điện ổn định động (kA) Iôđn (kA) IXK IXK PB –10/400 10 400 50 29 10 * Lựa chọn cầu chì cao áp trạm Chọn cầu chì loại PP -10 đặt trong nhà do Liên Xô chế tạo có các thông số kỹ thuật sau: Loại Uđm(kV) Iđm (A) Icắt (A) Scắt (MVA) Iđm dây chảy (A) PP –10 10 100 12 300 75 *Lựa chọn máy biến dòng. Chọn máy biến dòng loại TΦ – 10 có các thông số kỹ thuật sau: Loại Uđm(kV) Iđm (A) Icắt (A) Sđm (MVA) Số cuộn dây TC PP –10 10 15-600 1 20 75 *Lựa chọn máy biến áp đo lường. Trên mỗi trạm phân phối trung tâm đặt một máy biến áp đo lường loại 3 pha 5 trụ HTM – 10 có các thông số kỹ thuật sau. Loại Uđm(V) Công suất đm theo cấp chính xác (VA) Sđm (VA) Sơ cấp Thứ cấp 0,5 1 3 HTM-100 10000 100 120 200 480 1200 IV. tính toán ngắn mạch - kiểm tra các thiết bị đã chọn. 1. Tính toán ngắn mạch. Để lựa chọn, kiểm tra dây dẫn, thanh dẫn các khí cụ điện khác cần tính các điểm ngắn mạch: + N1 tại thanh cái trạm PPTT để kiểm tra máy cắt, thanh góp. + N2 phía cao áp các trạm BAPX để kiểm tra cáp và tủ cao áp các trạm, N1 N2 MC ĐDK BATG PPTT BAPX Sơ đồ thay thế: N1 N2 HT XHT Z1 Z2 Trong đó: XHT - Điện kháng đẳng trị của hệ thống. Z1 là tổng trở của đoạn đường dây từ trạm biến áp trung gian đến trạm phân phối trung tâm. Z2 là tổng trở của cáp từ trạm phân phối trung tâm đến trạm biến áp phân xưởng. Tính điện kháng của hệ thống XHT - Khi tính toán ngắn mạch phía cao áp vì không biết cấu trúc cụ thể của hệ thống điện quốc gia nên chỉ tính gần đúng điện kháng của hệ thống thông qua công suất ngắn mạch của máy cắt đầu nguồn và coi hệ thống có công suất vô cùng lớn. Điện kháng của hệ thống được tính theo công thức : ( (4-29) Trong đó: SN = 200 MVA UHT = 1,05. Uđm = 1,05. 10 = 10,5 kV Thay số vào công thức 4 - 29 ta được: XHT = Thông số đường dây trên không và cáp ghi trong bảng 4 - 16. Dòng ngắn mạch tại N1: (kA) =8,68 (kA) . Dòng ngắn mạch tại N2: IN2 = . Trong đó: = = 1,976 (). Thay số ta có: IN2 = = 3,068 (kA). Các điểm N2 khác tính toán tương tự kết quả ghi trong bảng 4-17. Bảng 4-16.Thông số của đường dây trên không và cáp. Đường dây F (mm2) L (km) R0 (/km) X0 (/km) R() X() BATG - PPTT 95 6 0,33 0,385 1,98 2,31 PPTT - T1 25 2x0,02 0,74 0,099 0,0074 0,00099 PPTT - T2 35 2x0,03 0,52 0,095 0,0078 0,00143 PPTT - T3 16 2x0,13 1,15 0,113 0,07475 0,00734 PPTT - T4 25 2x0,15 0,74 0,099 0,0555 0,00742 Bảng 4-17. Kết quả tính dòng điện ngắn mạch. Điểm tính N IN (kA) IXK (kA) Thanh cái PPTT 3,41 8,68 Thanh cái T1 3,06 7,808 Thanh cái T2 3,06 7,808 Thanh cái T3 3,00 7,653 Thanh cái T4 3,02 7,691 2. Kiểm tra các thiết bị điện đã chọn. a. Kiểm tra ổn định nhiệt của cáp. Chỉ cần kiểm tra tuyến có dòng ngắn mạch lớn nhất. Tiết diện ổn định nhiệt của cáp được tính theo công thức 4.22 (TL1) Fmin = (mm2) Lấy thời gian tồn tại ngắn mạch t = 0,5 (s) α : Hệ số nhiệt độ, cáp lõi đồng lấy α = 6. I : Dòng điện ngắn mạch ổn định. Fmin = 6. 3,41. = 14,46 mm2. So sánh với cáp đã chọn ở bảng 4-7 ta có Fcáp = 25mm2 > 14,46 mm2. Vậy cáp đã chọn thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt. b. Kiểm tra máy cắt và thanh cái. Máy cắt tại trạm phân phối trung tâm là loại 8DC11 có dòng cắt Icắt = 25kA. và thanh cái ở trạm PPTT có dòng ổn định động Iôđ = 63kA lớn hơn rất nhiều so với dòng ngắn mạch IN =3,41(kA), và dòng xung kích IXK = 8,68 (kA) tại điểm ngắn mạch trên thanh cái trạm PPTT vì vậy máy cắt 8DC11 và thanh cái đã chọn đạt yêu cầu. Bảng chọn máy cắt. Loại MC Uđm (kV) Iđm (A) IN, kA max IN, kA 1-3s 8DC11 12 1250 63 25 Bảng kết quả kiểm tra máy cắt. Các đại lượng kiểm tra Điều kiện Điện áp định mức (kV) UđmMC > Umạng 12 > 10 Dòng điện định mức (A) IđmMC > Itt Dòng cắt định mức (kA) Ic. đmMC > IN 25 > 3,41 Dòng ổn định động (kA) Iôđ MC > Ixk 63 > 8,68 chương 5: Bù công suất phản kháng Vì phụ tải của nhà máy chủ yếu là phụ tải động lực mà phụ tải động lực tiêu thụ nhiều công suất phản kháng, việc truyền tải một lượng lớn công suất phản kháng trên đường dây sẽ gây ra rất nhiều tốn kém do phải tăng thiết bị đương dây và thiết bị phân phối, làm tăng tổn thất điện năng cũng như tổn thất điện áp trong hệ thống điện và làm giảm khả năng tải của đường dây và máy biến áp… Trong khi đó có thể tạo ra công suất phản kháng tại nơi tiêu thụ điện bằng các thiết bị bù như máy bù đồng bộ và tụ điện tĩnh. Đối với hệ thống thì việc bù công suất phản kháng phải dựa trên cơ sở tính toán kinh tế và kỹ thuật. Nhưng đối với một xí nghiệp công suất nhỏ thì việc bù công suất phản kháng chủ yếu là để thỏa mãn hệ số công suất cos. Thông thường các nhà máy hay xí nghiệp đều vận hành với hệ số công suất cos rất thấp. Vì vậy người ta phải bù công suất phản kháng để nâng cao cos theo yêu cầu. Do vậy vấn đề bù công suất phản kháng là việc vô cùng cần thiết trong thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy. I. Xác định dung lượng bù cần thiết cho toàn nhà máy. Theo kết quả tính toán ở phần trước, công suất tính toán của toàn nhà máy như sau: Ptt = 1883,1 (kW) Qtt = 1786,2 ( kVAr). Stt = 2595,5 ( kVA ). cos = 0,72. Mục tiêu là bù một lượng công suất phản kháng khác sao cho hệ số công suất của nhà máy đạt 0,95. Lượng công suất phản kháng cần bù thêm được tính như sau: Qbù = Ptt . ( ) (kVAr) ( 5-1 ) (TL1) Ptt : công suất tính toán của toàn nhà máy. 1: góc ứng với hệ số công suất trung bình cos1 trước khi bù. 2: góc ứng với hệ số công suất ( cos2 ) muốn đạt được sau khi bù. cos1 = 0,72 -> tg1 = 0,96 cos2 = 0,95 -> tg2 = 0,329. Thay các giá trị vào công thức ( 5-1 ) ta được : Qbù = 1883,1. (0,96 - 0,329 ) = 1188,23 (kVAr). Như vậy để đạt được hệ số công suất cos = 0,95 thì nhà máy phải bù thêm một lượng công suất phản kháng nữa là 1188,23 (kVAr). Việc bù công suất phản kháng có thể thực hiện được bằng tụ điện tĩnh hoặc máy bù đồng bộ. Nhưng do nhà máy có công suất tương đối nhỏ, diện tích hẹp, dung lượng bù không lớn nên chỉ hợp với thiết bị bù là tụ điện tĩnh. Tụ điện tĩnh có ưu điểm là giá thành rẻ, lắp đặt nhiều vận hành đơn giản kích thước nhỏ và rất phù hợp với điện áp thấp nhất là phía hạ áp 0,38kV. II. PHÂN Bố DUNG Lượng bù cho các nhánh . Căn cứ vào sơ đồ cung cấp điện của nhà máy ở dưới đây ở dạng hình tia nên để giảm tổn thất điện năng và điện áp cho các phụ tải ta sẽ đặt tụ bù tại các tủ phân phối của các nhà xưởng. Để việc đặt tụ bù có hiệu quả trong mạng hình tia thì dung lượng bù tại mỗi điểm được xác định theo công thức : Qbù i = Qi -.Rtđ (kVAr) (5-2) (TL1) Trong đó : Qbù i - Dùng lượng bù ở nhánh thứ i. Q - Tổng phụ tải phản kháng của nhà máy. (kVAr) Qbù - Dung lượng cần phải bù cho toàn nhà máy (kVAr) Qi - Phụ tải phản kháng của nhánh thứ i. Ri Điện trở đường dây của nhánh thứ i. Rtđ - Điện trở tương đương của mạng . Rtđ = (5-3) (TL1) Từ kết quả bảng 5-2 ta tính dung lượng bù cho nhánh 1 là: Qbù 1 = Q1 -(Q -Qbù) . =353,5 -(1786,2 - 1188,23) =63,40 (kVAr). Dung lượng bù ở các nhánh còn lại cũng được tính tương tự . Kết quả ghi ở bảng 5-1. Bảng 5-1: Đường dây R0 L( km) R Rtđ Qi Qbù i PPTT - T1 0,74 2x0,02 0,0074 0,00359 353,5 63,40 PPTT - T2 0,52 2x0,03 0,0078 945,4 670,18 PPTT - T3 1,15 2x0,13 0,07475 222,62 193,9 PPTT - T4 0,74 2x0,15 0,555 579,75 575,88 III.chọn thiết bị bù. Như đã trình bày ở phần trước, vì nhà máy bù công suất phản kháng bằng tụ điện tĩnh tại các tủ phân phối của phân xưởng. Vậy chọn tụ có điện áp định mức là 380V gồm các bộ tụ 3 pha nối tam giác được bảo vệ bằng áptomat, số lược các tụ được chọn dựa vào công suất bù tính toán của phân xưởng . ở đây ta dùng các bộ tụ KC2- 0,38 - 36 - 3Y3 có: Uđm = 0,38kV Công suất 36 kVAr do liên xô chế tạo . Với nhánh số 1, công suất cần bù là 63,40 kVAr vậy số bộ tụ cần dùng là n = 2 bộ. Công suất bù thực tế của nhánh 1 là 72 kVAr. Với các nhánh khác cũng tính toán tương tự , số luợng và công suất cần bù ghi trong bảng 5-2. Tên đường dây Qbù tt (kVAr) Loại tụ Số bộ tụ Qbù thực tế (kVAr) TPP -T1 63,40 KC2 - 0,38 - 36 - 3Y3 2 72 TPP -T2 670,18 KC2 - 0,38 - 36 - 3Y3 19 684 TPP -T3 193,9 KC2 - 0,38 - 36 - 3Y3 6 216 TPP -T4 575,88 KC2 - 0,38 - 36 - 3Y3 16 576 Tổng công suất phản kháng bù thực tế cho nhà máy là : Qbù2 = 72 + 684 + 216 + 576 = 1548 (kVAr) Hệ số công suất của nhà máy sau khi bù là : cos= cos = 0,99 Chương 6 : Tính toán nối đất Nối đất là biện pháp an toàn hệ thống cung cấp điện vì đặc điểm quan trọng của hệ thống cung cấp điện phân bổ đều trên diện tích rộng và thường xuyên có người làm việc với các thiết bị điện, nếu cách điện của các thiết bị điện bị chọc thủng và người vận hành không tuân theo các quy tắc an toàn thì tại các vỏ thiết bị, các cầm tay v.v… sẽ có điện gây nguy hiểm cho vận hành. Sét đánh trực tiếp hoặc gián tiếp vào thiết bị điện không những làm hư hỏng các thiết bị điện mà còn gây nguy hiểm cho người vân hành. Vì vậy trong hệ thống cung cấp điện nhất thiết phải có biện pháp an toàn có hiệu quả và tương đối đơn giản là thực hiện nối đất và đặt các thiết bị chống sét . Việc nối đất cho các bộ phận kim loại mà có khả năng có điện khi cách điện bị hỏng nhằm đảm bảo cho điện thế tiếp xúc luôn có giá trị không gây nhuy hiểm cho con người. Tùy theo tính chất của từng mạng điện ( dòng điện chạm đất nhỏ hay lớn, thời gian tồn tại lâu hay ngắn …), tùy thuộc vào mức độ của việc nối đất có giá trị phù hợp. Điện trở nối đất của một cọc hay một vật nối đất có kích thước nhỏ thường không thõa mãn được trị số cần thiết nen thường phải dùng cả hệ thống nối đất khác mới đạt yêu cầu. I. Tính điện trở nối đất cần thiết . Hệ thống cung cấp điện của nhà máy gồm 2 cấp điện áp là 10kV và 0,4kV. Mạng điện 10kV có trung tính cách điện đối với đất, dòng điện chạm đất nhỏ và tồn tại khá lâu. Mạng điện 0,4 kV có trung tính trực tiếp nối đất nhưng dòng điện chạm đắt thường không đủ làm cho các bộ phận bảo vệ cắt mạch. Vì vậy xác suất chạm vỏ rất cao nên việc nối đất an toàn cho các thiết bị trong nhà máy là cần thiết . Các thiết bị ở cả 2 cấp điện áp sẽ được sử dụng chung một hệ thống nối đất . Theo quy định về an toàn trong trường hợp này điện áp tiếp xúc không được vượt quá 125V. Dòng điện chạm đất trong mạng 10kV là 30A. Điện trở nối đất được xác định theo công thức sau: rđ (7-1) (TL1) Trong đó : rđ - Điện trở nối đất (). Uđ - Điện áp rơi trên điện trở nối đất . Iđ - Dòng điện chạm đất . Như vậy điện trở nối đất cần thực hiện ở đây là : rđ = Do điện trở nối đất trong mạng 0,4kV theo quy định không vượt quá 4. Vì vậy điện trở nối đất cần thực hiện ở đay là 4. II. Xác định điện trở nối đất nhân tạo . Khi tính toán xây dung hệ thống nối đất cần sử dụng triệt để hệ thống nối đất tự nhiên như sử dụng các ống dẫn nước hay các ống bằng kim loại trong đất. Các kết cấu bằng kim loại của nhà cửa, các công trình có nối đất v.v… làm trang bị nối đất . Đối với các xí nghiệp công nghiệp thường lấy điện trở nối đất tự nhiên là 8(). Trong khi đó điện trở nối đất theo yêu cầu là 4() vì vậy phải xây dung thêm một hệ thống nối đất nhân tạo . Điện trở nối đát nhân tạo phải được giá trị sau: Rnt =() III. Thiết kế nối đất nhân tạo . Nối đất nhân tạo thường được thực hiện bằng cạc thép, ống thép, thanh thép dẹ hình chữ nhật hoặc thép góc dài 2-3 m chôn sâu xuống đất sao cho đầu trên của chúng cách mặt đất khoảng 0,5-0,7m. Các ống thép hay thanh thép đó được nối với nhau bằng các thanh thép nằm ngang chôn sâu khoảng 0,5 -0,7(m). Dây nối đất có tiết diện thõa mãn độ bền cơ khí và ổn định nhiệt, chiẹu đwocj dòng điẹn cho phép lâu dài . Chọn cọc thép góc (L60 x60mm) có độ dài 2,5(m). chôn sâu dưới đất, đầu trên của cạc cách mặt đất 50(mm) . Các cọc này được nối với nhau bằng thanh dẹt 50(mm), hàn ở đầu trên của cọc, cách mặt đất 50(cm). Điện trở suất của đất p =2,10(/cm). Tra phụ lục 2-66 trang 162 (Giáo trình cung cấp điện tập 2). Đối với loại đất khô ta có : kmax thanh = 4,5. kmax cọc = 1,4. *Xác định điện trở nối đất của một cọc . RIC =(lg) () (7-2) (TL1) Trong đó : R1C - Điện trở nối đát của một cọc () 1 -chiều dài của cọc 1=250 (cm) r -Điện trở suất của đất : r = 2.10/cm. d - Đường kính của cọc (cm). ở đây sử dụng thép góc, đường kính ngoài đẳng trị được tính : d = 0,95b = 0,95.6 = 5,7(cm) t - độ chôn sâu : t = 0,7 + 2,5/2 = 1,95(cm) kmax - hệ số mùa : kmax = 1,5. Thay các giá trị vào công thức (7-2 ta được. R1c = Bố trí cọc theo vòng kín chữ nhật khoảng các giữa 2 cọc gần nhau là : a = 5m ; tỉ số Tra phụ lục 6.6 trang 394 (TL1) với cách bố trí cọc theo vòng kín hình chữ nhật và tỉ số = 2 ta được hệ số sử dụng của cọc là 0,64. Xác định sơ bộ số cọc cần là: n = (cọc) Chọn số cọc là 17 vì trong hệ thống nối đất còn có thành phần cửa thanh dẫn. Với số cọc là 17 thì sẽ phải dùng thanh dài là: L = a.n = 5.17 = 85 (m) Chôn sâu50(cm), hệ số sử dụng của thanh là 0,32. Xác định điện trở của thanh nối nằm ngang . Chọn p =2.10/cm. L - Là chiều dài của thanh nối (cm) kt - hệ số mùa, chọn kt =2 b - bề rộng thanh nối (cm), b =50 9 (mm) t - Độ chôn sâu của thanh nối : t =50 (cm). Thay các giá trị cụ thể vào công thức (7 -3) ta tính được điện trở nối đất của thanh là : Rt = Vậy điện trở nối đất chính xác của hệ thống cọc cần thiết là : Rt = () Vậy số cọc cần dùng là : n = (cọc) Vậy ta chọn 17 cọc trong phần tính sơ bộ là thõa mãn yêu cầu nối đất . Khi đó điện trở nối đất của hệ thống cọc là : Rc = * Điện trở của thiết bị nối đất gồm cả hệ thống cọc và thanh nối nằm ngang là : Rcđ = * Điện trở nối đất của cả hệ thống thực tế là : Rtt = Vậy hệ thống nối đất nhân tạo với số cọc là 17 và bố trí theo chu vi hình chữ nhật với các số liệu như trên ta đạt được điện trở nối đất nhân tạo là 8,4 (). Kết hợp với hệ thống là 3,6()nhỏ hơn điện trở nối đất theo quy định là 4(). Vậy hệ thống nối đất như trên thõa mãn yêu cầu của nối đất an toàn . phần II Thiết kế hệ thống chiếu sáng Chương I Khái niệm về ánh sáng 1.1. Khái niệm chung về ánh sáng. 1. Sóng điện từ: Ta gọi bức xạ điện từ của một vật là hiện tượng lan truyền đồng thời theo đường thẳng của trường biểu diễn bằng véctơ cường độ điện trường và từ trường biểu diễn bằng véctơ từ cảm , chúng có các tính chất sau đây: Sự phân bố trường theo phương truyền kí hiệu là xoay chiều hình sin, có bước sóng l và tiến hành trong hai mặt phẳng vuông góc sao cho , , tạo nên một tam diện thuận. Các biên độ của trường tại mọi điểm tỉ lệ nghịch với khoảng cách từ điểm đó đến nguồn phát. Sự phân bố trường điện từ ở xa nguồn có biên độ suy giảm, có vận tốc phụ thuộc vào môi trường truyền sóng, còn gọi là vận tốc truyền hay vận tốc pha, do vậy ở một thời điểm đã cho trong không gian trường điện từ có tần số giao động v. Một nguồn bức xạ bất kỳ ví dụ mặt trời phát vô số bức xạ: Số phương xung quanh nguồn là vô hạn. Với mỗi phương có vô số mặt phẳng có thể chứa ,. Trong mỗi cặp mặt phẳng chứa và có vô số sóng điện từ gọi là “sóng phẳng” có bước sóng l . Khi đó, vận tốc truyền là C = v. l ( nếu truyền trong môi trường chân không hay không khí thì C = 3.108 m/s). Khi đã có vận tốc truyền sóng, người ta cũng chứng minh được là năng lượng điện từ truyền tải có quan hệ với tích các véc tơ ầvà được thể hiện bằng các lượng tử hữu hạn tuân theo các quy luật cơ học lượng tử. Có thể nói một cách đơn giản rằng sóng điện từ truyền các “ hạt” nhỏ bằng năng lượng gọi là các phô-tôn năng lượng. Năng lượng: W = h.v Trong đó: h là hằng số Blank lấy bằng 6,6.10-34 J/ Hz. 2. Bức xạ, ánh sáng, màu sắc: Mọi vật thể đều bức xạ ra không gian một năng lượng nhất định dưới dạng sóng của điện từ. Năng lượng đó phát sinh ra sự dao động của các phần tử vật chất cấu tạo nên vật. Khi các phân tử hay các phân tử bị kích thích các điện từ (electron) của chúng thay đổi mức năng lượng khác, đồng thời giải phóng năng lượng dưới dạng sóng điện từ và các hạt phô - tôn. Các bức xạ của vật phát ra tất cả các bước sóng từ 0 đến Ơ, nhưng thực nghiệm đã xác định dược rằng chỉ các bức xạ có bước sóng nằm trong giải ưu tiên hẹp từ 380 nm đ 760 nm mới có tác dụng lên tế bào thần kinh võng mạc và có cảm nhận nhìn thấy được. Như vậy, ánh sáng nhìn thấy được là những sóng điện từ có mang năng lượng. 1.2. Phổ của ánh sáng. Năng lượng của ánh sáng phân bổ không đều cho từng bước sóng, đồng thời gây cảm giác cho mắt người của từng loại là khác nhau. Nghĩa là mỗi bước sóng xác định sẽ gây ra trong mắt người một cảm giác màu sắc nhất định. Người ta cũng đã chứng minh được rằng phổ của các bước sóng ánh sáng gồm 7 màu sắc khác nhau từ cận màu tím tương ứng với bước sóng l = 380 nm đến cận màu đỏ tương ứng với bước sóng l = 780 nm. Giữa các màu này không có ranh giới rõ rệt, do đó phổ ánh sáng thấy dược là phổ ánh sáng liên tục. Trong quang phổ của ánh sáng nhìn thấy được, mắt ta cảm nhận nhiều nhất với ánh sáng có bước sóng l = 550 nm . Còn hai cận tím và đỏ tương ứng với bước sóng l = 380 nm và l = 780 nm thì mắt ta hầu như không có tác dụng gây cảm giác sáng. vì vậy trong thiết kế chiếu sáng cần chú ý đến đặc điểm này để tạo điều kiện ánh sáng phù hợp với hoạt động của mắt. Khi nghiên cứu về y học, người ta đã công nhận mắt người là một bộ thu “thông dải” rất tinh vi, hơn nữa mắt có nhạy cảm màu đi từ màu tím sang màu đỏ tương ứng với bước sóng của dải 380 đ 780 nm. Sự cảm nhận này thay đổi theo từng người và được Uỷ ban quốc tế về chiếu sáng ( C.I.E ) mã hóa đưa ra các giới hạn cực đại của phổ màu. 380 nm 439 nm 498 nm 568 nm 592 nm 631 nm 760 nm Tử ngoại Tím 421 max Xanh da trời 470 Xanh lá cây 515 Vàng 577 Da cam 600 Đỏ 673 Hồng ngoại 3. Mắt người và sự cảm thụ ánh sáng, màu sắc: a. Mắt người: Mắt người là một cơ quan cảm thụ ánh sáng có khả năng chuyển đổi không tuyến tính và thay đổi theo thời gian. Các kích thích quang học thành các tín hiệu điện để truyền lên não và tạo trên nó một hiện tượnggọi là: “ Sự nhìn ``. b. Sự nhìn: Trên võng mạc có các tế bào thần kinh ( các tế bào quang điện) được nối lên não qua dây thần kinh thị giác nhờ vậy các tín hiệu thần kinh ( điện) được truyền lên não tương thích với kích thích thị giác. 1.3. các đơn vị cơ bản: Khái niệm về quang thông là khái niệm đầu tiên mà con người thấy được là ánh sáng ngọn nến và đèn măng sông cho cùng một lượng sáng. Nhưng khái niệm này không nêu lên bất kỳ sự phân bố ánh sáng đó trong các miền khác nhau của không gian chiếu sáng, hơn nữa nó không thể đo được. Điều này thúc đẩy nhà vật lý Lambert ở thế kỷ 18 đã đưa ra các cơ sở của phép đo ánh sáng dựa trên cơ sở quang học và sinh lý học. 1. Góc khối: Góc khối là hình không gian hình nón có đỉnh nằm tại tâm của nguồn sáng và có đường sinh tựa trên chu vi của mặt được chiếu sáng. Ta giả thiết có một nguồn sáng đặt tại tâm 0 của một hình cầu rỗng bán kính R và ký hiệu S là nguyên tố mặt của hình câù này (hình 1.1). R W S K2.S 0 W S R kS Hình nón đỉnh o được định nghĩa là tỉ số của diện tích S với bình phương của bán kính R. W = Ta có giá trị cực đại của góc khối khi từ tâm o ta chắn cả không gian, tức là toàn bộ mặt cầu. W = = Đơn vị của góc khối là Steradian, kí hiệu Sr. Vậy 1Sr là góc khốí có đỉnh tại tâm của mặt cầu tưởng tượng chắn trên một mặt cầu có diện tích bằng bình phương bán kính mặt cầu đó. 2. Quang thông F LUMEN (lm): Bức xạ ánh sáng của một nguồn vào không gian trước hết được đánh giá bằng năng lượngbức xạ, đo bằng (w). Cùng một năng lượng nhưng bức xạ các bước sóng khác nhau lại không gây hiệu quả giống nhau trong mắt chúng ta. Vì vậy cần phải hiệu chỉnh đơn vị đo theo độ nhạy cảm phổ biến của mắt người. Đơn vị mới này được gọi là quang thông, ký hiệu là F. Như vậy: quang thông là một đơn vị đo ánh sáng đã được xác định đến đặc điểm cảm thụ ánh sáng của mắt người. 3. Cường độ sáng I, CANDELA (cd). Là đại lượng mới nhất đưa vào hệ SI hợp lý hóa từ khái niệm về quang thông. Xét một nguồn sáng o gửi ánh sáng lên một mặt S nào đó. Không phải mọi vị trí nào đó trên mặt phẳng đó đều nhận được ánh sáng như nhau, vì vậy quang thông của nguồn ánh sáng phát ra theo từng phương không đồng đều do cấu trúc của nguồn sáng không đối xứng ( nguồn ánh sáng trong thực tế không phải là nguồn điểm). Vì vạy, để đặc trưng cho sự phân bố nhiều hay ít quang thông theo từng phương của nguồn sáng người ta đưa ra khái niệm cường độ sáng. Xem xét trường hợp chung khi một nguồn sáng bức xạ quang thông không đồng đều vào không gian quanh nó (hình 1.2). Cường độ sáng I: Trong đó: dF : Lượng quang thông báo bức xạ từ O đến A dW : Góc khối nhìn diện tích ds. Đơn vị đo cường độ ánh sáng là Candala, ký hiệu là Cd dF ds 0 d Như vậy cường độ ánh sáng luôn gắn lion với một hướng đã chọn và được biểu diễn bằng một vec tơ theo hướng đó mà môdun của nó được đo bằng candela (cd). Nói cách khác, cường độ sáng là mật độ không gian của quang thông do nguồn bức xạ. Candela là cường độ sáng theo một phương đã cho của một nguồn bức xạ đơn sắc có tần số : 546.1012 HZ ( X = 555 nm ) và có năng lượng bức xạ là: 1,683 W trong một góc khối Sr. Như vaayj cường độ sáng là mật độ khối của quang thông theo những phương xác định. 4. Độ rọi E, LUX (lx). Người ta định nghĩa độ rọi là mật độ quang thông trên bề mặt được chiếu sáng. Như vậy nếu một bề mặt diện tích S nhận được một quang thông F thì độ rọi E được xác định theo công thức: E = Đơn vị độ rọi là lux (lx), 1lux = . Khi sự chiếu sáng trên bề mặt không đều nên tính trung bình số học ở các điểm khác nhau để tính độ rọi trung bình. Một số giá trị thông thường khi chiếu sáng tự nhiên hay nhân tạo *Ngoài trời buổi trưa, trời nắng : 100 000 lux. *Trời có mây : 2000 - 10 000 lux. * Trăng tròn : 0,25 lux. * Phòng làm việc : 400 - 600 lux. * Nhà ở : 159 - 300 lux. *Phố được chiếu sáng : 20 - 25 lux. Khái niệm về độ rọi còn liên quan đến vị trí của mặt được chiếu sáng. Ta coi một nguồn sáng điểm O bức xạ tới một mặt của nguyên tố dS ở cách O một khoảng R, có cường độ sáng I. Gọi a là góc hợp bởi pháp tuyến n của dS với phương R, góc khối dW chắn trên một hình cầu bán kính R một diện tích là dS. cosa. Ta có : . Biểu thức này đúng với các nguyên tố bề mặt chứng tỏ rằng độ rọi thay đổi với độ nghiêng tương đối của bề mặt và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách. 5. Độ chói L, cd/m2. Các vật được chiếu sáng nói chung được phản xạ ánh sáng một cách khác nhau và tác động như một nguồn sáng thứ cấp phát các cường độ sáng khác nhau theo mọi hướng. Do đó để đặc trưng cho quan hệ của nguồn sáng sơ cấp lẫn nguồn sáng thứ cấp đối với mắt, người ta bổ sung thêm cách xuất hiện ánh sáng. Quan hệ này được minh họa bằng ví dụ sau: Một đèn sợi đốt 400W thực tế cùng phát ra một quang thông, do đó có cùng một cường dộ sáng theo mọi hướng dù bóng đèn thủy tinh sáng hay bóng đèn thủy tinh đục. Rõ ràng đối với mắt, cách xuất hiện của hai bóng đèn này là khác nhau, đối với bóng đèn thủy tinh trong ta nhận thấy chói mắt hơn. Người ta định nghĩa độ chói L trong một phương cho trước là tỷ số của cường độ sáng dI theo phương này trên diện tích biểu kiến của dS. L = . Độ chói đóng vai trò quan trọng trong kỹ thuật chiếu sáng, nó là cơ sở của các khái niệm về chi giác và thị giác. 6. Hệ số phản xạ, xuyên sáng và hấp thụ ánh sáng: Nếu có một lượng quang thông Fi tới đập vào bề mặt vật liệu thì có thể xảy ra các trường hợp sau: Một phần quang thông tới sẽ phản xạ từ bề mặt đó, ký hiệu: Fr Một phần quang thông tới sẽ bị vật liệu hấp thụ, ký hiệu : Fa Một phần quang thông tới sẽ xuyên qua vật liệu, ký hiệu : Ft.. ị Fi = Fr + Fa + Ft.. Nếu gọi : gọi là hệ số phản xạ ánh sáng. gọi là hệ số hấp thụ ánh sáng. gọi là hệ số xuyên sáng. ị r + a + t = t Chương II thiết kế hệ thống chiếu sáng 2.1. thiết kế chiếu sáng 1. Đặt vấn đề ánh sáng là phần quan trọng không thể thiếu được trong quá trình sản xuất ở các nhà má, xí nghiệp công nghiệp. Trong bất kỳ một xý nghiệp nào ngoài chiếu sáng tự nhiên còn có chiếu sáng nhân tạo. Sở dĩ như vậy vì chiếu sáng điện có nhiều ưu điểm thiết bị đơn giản, sử dụng thuận tiện giá thành rẻ tạo được ánh sáng gần giống ánh sáng tự nhiên. Để đảm bảo sản xuất, đảm bảo chất lượng sản phẩm được tốt, năng suất lao động cao, đảm bảo an toàn cho công nhân. Trong phân xưởng của xí nghiệp nếu ánh sáng không đủ công nhân xẽ phải làm việc trong trạng thái căng thẳng hại mắt hại sức khỏe, kết quả gây ra hàng loạt phế phẩm năng suất lao động giảm v v… Ngoài ra còn có nhiều công việc không thể tiến hành được nếu thiếu ánh sáng hoặc ánh sáng không gần giống với ánh sáng tự nhiên. Trong thiết kế chiếu sáng vấn đề quan trọng là phải quan tâm đáp ứng nhu cầu độ rọi và hiệu quả chiếu sáng đối với thi giác, ngoài độ hiệu quả chiếu sáng còn phụ thuộc vào quang thông, màu sắc ánh sáng, sự lựa chọn hợp lý các chao chụp đèn, sự bố trí chiếu sáng vừa đảm bảo kinh tế - kỹ thuật vừa đảm bảo mỹ quan. Thiết kế chiếu sáng phải đảm bảo các yêu cầu sau: * Không bị lóa mắt: Vì cường độ ánh sáng sẽ làm cho mắt có cảm giác lóa, thần kinh căng thẳng, thị giác mất chính xác. * Không lóa do phản xạ: ở một số vật các tia phản xạ khá mạnh và trực. Do đó khi thiết kế cũng phải chú ý đến điều này. * Không có bóng tối: ở nơi sản xuất các phân xưởng không nên có bóng tối mà phải sáng đồng đều, có thể quan sát được toàn bộ phân xưởng. Muốn khử các bóng tối cục bộ thường sử dụng bóng mờ và treo cao. * Phải có độ rọi đều: Để khi quan sát nơi này qua nơi khác để mắt không bị điều tiết nhiều. * Phải tạo được ánh sáng giống ánh sáng ban ngày: Để thị giác đánh giá được chính xác. 2.2. trình tự thiết kế chiếu sáng. Trong quá trình thiết kế, ta chỉ thiét kế hệ thống chiếu sáng nhân tạo trong không gian kín. Một cách tổng quát thiết kế chiếu sáng thông qua hai giai đoạn: * Thiết kế sơ bộ về giải pháp hình học đó là không gian chiếu sáng và vị trí đặt thiết bị chiếu sáng. * Kiểm tra độ rọi khác nhau được thực hiện một cách chính xác bằng cách sử dụng một trong các tiêu chuẩn để kiểm tra mức độ tiện nghi của thiết bị. Thiết kế chiếu sáng được tiến hành theo trình tự sau: 1. Chọn độ rọi. Chọn độ rọi ngang chung trên bề mặt làm việc, còn gọi là bề mặt hữu ích có độ cao trung bình là 0,85 m so với mặt sàn. Độ rọi này phụ thuộc vào bản chất của từng địa điểm vào tính năng thị giác liên quan đến tính chất công việc đến độ moỉ mắt của người lao độngvà liên quan đến môi trường chiếu sáng, thời gian sử dụng hàng ngày… 2. Chọn loại đèn Việc lựa chọn đèn thích hợp nhất trong số các loại đèn chính đã trình bày ở phần trên dó là: Đèn sợi đốt, đèn phóng điện, đèn huỳnh quang theo các tiêu chuẩn sau: Hiệu suất ánh sáng của đèn. Chỉ số màu IRC Nhiệt độ màu ( biểu đồ Kruithof). Việc sử dụng tăng cường hay gián đoạn các địa điểm. Tuổi thọ các đèn. Do đó cần phải loại trừ liên tiếp, tạm thời bỏ qua công suất của nguồn. 3. Chọn kiểu chiếu sáng bộ đèn. Thường gặp nhất là kiểu chiếu sáng trực tiếp ( hơn 90% ánh sáng chiếu xuống dưới ) và bán trực tiếp ( từ 60% đến ( 90% ánh sáng chiếu xuống dưới ). Kiểu chiếu sáng phụ thuộc vào bản chất địa điểm có tính đến khả năng phản xạ của thành. 4. Chọn chiều cao của đèn. Gọi h là chiều cao của đèn so với bề mặt hữu ích và h` là khoảng cách từ đèn đến trần nhà ta có thể xác định tỷ số treo J như sau: Với: h ³ 2. h` và 0 Ê J Ê 1/3 Thường nên chọn h cực đại bởi vì: Các đèn thường xa với thị trường theo chiều ngang, làm giảm nguy cơ lóa. Các đèn có thể có công suất lớn hơn và do đó có hiệu quả ánh sáng tốt hơn. Các đèn có thể cách xa nhau hơn do đó giảm được số đèn. 5. Bố trí các đèn. Sự đồng đều của độ rọi trên bề mặt hữu ích phụ thuộc vào: Cách các chùm tia sáng của các đèn giao nhau cách nhau một khoảng n trên bề mặt hữu ích. Độ đồng đều ánh sáng ( độ rọi ) trên mặt phẳng làm việc là một trong các chỉ tiêu chất lượng quan trọng và nó phụ thuộc: *Loại đèn. * Khoảng cách giữa các đèn. * Hệ số phản xạ các tường bên và trần, đóng vai trò như nguồn sáng thứ cấp. 6. Quang thông tổng. a. Hệ số sử dụng: Hệ số sử dụng ký hiệu là ksd là tỷ số giữa quang thông nhận được trên bề mặt hữu ích và tổng quang thông đi ra khỏi đèn. Tỷ số này phụ thuộc vào: Cấp của bộ đèn, nghĩa là phân bố quang thông trên bề mặt hữu ích trên tường, trên trần. các hệ số phản xạ đo được bằng dụng cụ đo độ rọi hoặc được ước lượng bằng bảng màuchuẩn trong đó cho giá trỉtung bình đoói với tường và trần. Kích thước hình học của địa điểm đặc trưng bằng tỷ sốgọi là chỉ số phòng: j = Trong đó: a : Chiều rộng của phòng cần chiếu sáng. b : Chiều dài của phòng cần chiếu sáng. h : Chiều cao hữu ích. Do đó hệ số ksd có thể được xác định nhờ các bảng hệ số sử dụng. b. Hệ số suy giảm. Sự già hóa của các đèn cũng như sự cáu bẩn của chúng làm thay đổi chất lượng quang học của các bộ đèn dẫn đến cần đưa vào sử dụng các thiết bị có độ rọi thỏa mãn một năm làm việc là thời gian cần thiết để lau chùi thiết bị chiếu sáng. Tính đến việc giảm quang thông của các đèn để bù lại sự suy giảm này cần sử dụng hệ số bù d, thường 1,25 Ê d Ê 1,6 Trên đây ta đã đưa ra các trình tự thiết kế chiếu sáng trong nhà nhưng do điều kiện nên ta không thể áp dụng chi tiết các bước cụ thể như trên. Do vậy ta đưa ra một số phương pháp chiếu sáng sơ bộ nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật . 2.3. Các phương pháp tính toán thiết kế chiếu sáng. 1. Phương pháp hệ số sử dụng ( phương pháp quang thông) Phương pháp này dùng để tính chiếu sáng chung, không chú ý đến hệ số phản xạ của tựờng, của trần nhà và của vật cản. Phương pháp này thường dùng để tính chiếu sáng cho các phân xưởng có diện tích lớn hơn 10m2, không thích hợp để tính chiếu sáng cục bộ và chiếu sáng ngoài trời, khi đó quang thông của mỗi đèn được xác định theo công thức sau: F = Trong đó: F: Là quang thông của mỗi đèn, lm. E: Độ rọi, lux. S : Diện tích được chiếu sáng, m2. k : Hệ số dự trữ. n : Số bóng đèn sử dụng trong phân xưởng. ksd : Hệ số sử dụng của đèn nó phụ thuộc vào loại đèn, kích thước và điều kiện phản xạ của phòng, khi tìm ksd trong bảng phụ lục thì ta phải xác định chỉ số của phòng: Trong đó: a, b: Là chiều dài, rộng của phòng, m. L : Khoảng cách giữa các bảng, m H : Khoảng cách từ đèn đến mặt công tắc, m Z = Etb/ Emin : Là hệ số phụ thuộc loại đèn và tỷ số L/ H, thường lấy Z = 0,8 đến 1,4. Như vậy, theo yêu cầu công nghệ, xác định được độ rọi tối thiểu, căn cứ vào công suất thực tế trên ta tìm được trị số quang thông để xác định công suất của mỗi đèn, khi chọn công suất đèn tiêu chuẩn, người ta có thể cho phép quang thông chênh lệch từ (-10 đến +20%). 2. Phương pháp tính từng điểm. Phương pháp dùng để tính chiếu sáng cho các phân xưởng quan trọng và trong quá trình tính không quan tâm đến hệ số phản xạ. Để đơn giản trong quá trình tính toán người ta coi đèn là một điểm sáng để áp dụng được quy luật “ bình phương khoảng cách “. Trong phương pháp này ta phải phân biệt để tính độ rọi cho cả ba trường hợp điển hình. Tính độ rọi đèn mặt ngang Eng. Tính độ rọi trên bề mặt phẳng đứng Eđ. Tính độ rọi trên mặt phẳng nghiêng một góc q, Egh. Theo định luật về bình phương khoảng cách, khi quang thông rọi theo phương thẳng góc với mặt phẳng S ta sẽ có độ rọi: E = Nhưng nếu điểm mà ta xét có đường pháp tuyến không trùng với trục quang của nguồn điểm thì I phải thay bằng Ia ( hình 2.1). ĐS Iđ I Ia h Ia Mặt đứng r g q Mặt ngang P a A Nguyên tắc chung bao giờ cũng phải quy tia Ia về tia có hướng vuông góc với mặt phẳng ta đang xét. 1. Tính độ rọi của điểm A trên mặt phẳng ngang. Eng = Mà r2 = , do đó ta có: Eng = . 2. Tính độ rọi của điểm A trên mặt phẳng đứng. Eđ = . Eng = .tga = Eng . tga. 3. Tính độ rọi của điểm A trên mặt phẳng nghiêng. Engh = . Eng = Eng. ( cosq + tga. sinq ). Trong đó: tga = 3. Phương pháp tính gần đúng. Phương pháp này thích hợp để tính chiếu sáng cho các phòng nhỏ (phòng làm việc) hoặc chỉ số phòng nhỏ hơn 0,5. Yêu cầu tính toán không cần chính xác, theo phương pháp này thì có hai cách tính: a. Cách thứ nhất: Cách này khá thích hợp trong khi thiết kế và tính toán sơ bộ, sử dụng cách này chỉ cần xác định công suất chiếu sángtrên đơn vị diện tích W/m2 , theo từng yêu cầu chiếu sáng khác nhau đó nhân với diện tích mặt bằng cần chiếu sáng thu được công suất tổng. Từ đó ta chọn được số đèn, loại đèn. Ptổng = p0. S. Trong đó: p0 : Là suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích, W/ m2 S : Diện tích cần chiếu sáng, m2. b. Cách thứ hai: Cách này chủ yếu dựa vào một bảng đã tính sẵn với công suất 10W/ m2. Khi tính toán nếu lấy độ rọi phù hợp với độ rọi trong bảng thì không phải hiệu đính nếu khác nhau về độ rọi thì công suất phải hiệu đính theo biểu thức sau: p0 = Trong đó: p0 : Suất ánh sáng trên một đơn vị diện tích, W/ m2. Emin: độ rọi tối thiểu cần có đối với nơi tính toán chiếu sáng. E : Độ rọi tra trong bảng tính sẵn với tiêu chuẩn 10W/ m2. k: hệ số an toàn. Sau khi tính được p0 ta phải nhân với diện tích của phòng mà ta cần thiết kế để được công suất đặt Pđặt. 4. Phương pháp tính toán với đèn huỳnh quang. Đèn huỳnh quang hay dùnh để chiếu sáng chung, có ưu điểm công suất tiêu thụ ít nhưng độ rọi cao, ánh sáng dịu mát. Đèn huỳnh quang là loại đèn có kích thước chứ không phải là nguồn điểm. Giả thiết rằng nguồn quang song song với mặt phẳng khảo sát, như vậy độ rọi tại một điểm M được xác định theo biểu thức sau: E = Trong đó: I’a: Cường độ sáng của một thước nguồn sáng. r : Cự ly nguồn sáng tới điểm M. h : Độ cao treo đèn so với bề mặt công tác. a: Góc giữa r và h. l : Chiều dài nguồn quang. C l B A A’ a h r P M’ 900 M P P M” 2.3.Chiếu sáng tự nhiên và chiếu sáng nhân tạo. 1. Chiếu sáng tự nhiên. Anh sáng tự nhiên chiếu sáng phòng được lấy từ ánh sáng bên ngoài của mặt trời. Kết quả sử dụng ánh sáng tự nhiên để chiếu sáng phòng được đánh giá trực tếp bằng độ rọi tự nhiên (lux) tại các điểm khác nhau trên bề mặt làm việc của phòng. Tuy nhiên khác với trường hợp sử dụng ánh sáng nhân tạo khi độ rọi ngoài nhà thay đổi thì độ rọi tự nhiên trong nhà cung thay đổi theo. 2. Chiếu sáng nhân tạo. Ngoài chiếu sáng tự nhiên còn có chiếu sáng nhân tạo: Nguồn sáng nhân tạo đã có từ xưa trước khi chưa có điện loài người đã biết sử dụng các nguyên liệu dễ cháy để tạo ra ánh sáng. Sauk hi có điện đã mở ra một thời kỳ mới cho loài người đó là chiếu sáng bằng đèn điện cho nên nâng cao hiệu suất lên rất nhiều. Cho đến nay có ba loại bóng đènchính được sử dụng rộng rãi nhất là : Bóng đèn nung sáng, bóng đèn phóng điện và bóng đèn huỳnh quang. Người ta dùng các chỉ tiêu sau đây để đánh giá các loại bóng đènvà ánh sáng do chúng phát ra. + Hiệu suất sáng: Đo bằng quang thông và công suất tiêu thụ điện (lm/ w). + Nhiệt độ màu Tm. 0K dùng để đánh giá mức độ tiện nghi môi trường sáng. + Chỉ số hoàn màu IRC cho biết chất lượng ánh sáng đánh giá theo sự cảm thụ chính xác của màu sắc. a. Bóng đèn nung sáng: * Cấu tạo : Gồm dây tóc kim loại ( thường dùng tungstêne ) phát sáng khi có dòng điện chạy qua, trong đặt một bóng thủy tinh chứa đầy khí trơ ở áp suất nhỏ, và một đuôi đèn để lắp vào lưới điện. + Đặc tính bóng đèn: Hiệu suất nung nóng khá nhỏ. + Nhiệt độ màu: 2500 - 3000 0K + IRC : 100 + Tuổi thọ : 1000h b. Bóng đèn phóng điện: * Cấu tạo : Gồm ống thủy tinh ở áp suất thấp, trong đó có đặt hai điện cực, trong chứa một hơi kim loại. Khi đặt điện thế giữa hai điện cực sẽ tạo thành một dải sáng dọc ống. c. bóng đèn huỳnh quang: Nguyên lý phát sáng của đèn huỳnh quang cũng dựa theo nguyên lý đèn phóng điện. * Cấu tạo: Bóng là một ống phóng điện với hai cực và hơi thủy ngân ở trong ống có phủ một lớp phát sáng (huỳnh quang) khi các tia hồ quang đập vào lớp phát sáng một phần năng lượng của chúng biến thành nhiệt năng còn lại biến thành ánh sáng. Màu sắc của ánh sáng phụ thuộc vào lượng, chất huỳnh quang và áp suất trong ống. * Đặc điểm : + Hiệu suất ánh sáng 40 - 105, lm/ W. + Nhiệt độ màu 2800 - 6500 0K + Chỉ số hoàn màu IRC 55 - 92 + Tuổi thọ khoảng 7000h. 2.4. Các loại hình chiếu sáng. Chiếu sáng bao gồm các loại hình thức chiếu sáng sau: 1. Chiếu sáng chung, chiếu sáng cục bộ và chiếu sáng hỗn hợp. a. Chiếu sáng chung: Là hình thức chiếu sáng tạo độ rọi đồng đều trên toàn diện tích sản xuất của phân xưởng. Trong trường hợp này chiếu sáng các bóng đèn được trêo cao trên trần nhà theo một quy luật nào đó để tạo độ rọi đồng đều trong phân xưởng. Chiếu sáng chung được dùng trong các phân xưởng có diện tích làm việc rộng, có yêu cầu độ rọi như nhau trên bề mặt nào đó. Chiếu sáng chung các đèn thường được bố trí theo hai cách: Phân bố đều các bóng đèn được bố trí theo quy luật nhất định để đạt được độ rọi trên toàn bộ diện tích. Còn phân bố chọn lọc bố trí đèn những nơi có lợi nhất. b. Chiếu sáng cục bộ: ở những nơi cần quan sát chính xác, cần phân biệt rõ các chi tiết vv… Thì cần có độ rọi cao mới làm việc được. Muốn vậy phải sử dụng phương pháp chiếu sáng cục bộ, nghĩa là đặt đèn gần nơi quan sát, do đó giảm được chi phí về vốn đầu tư. c. Chiếu sáng hỗn hợp. Là hình thức bao gồm chiếu sáng chung với chiếu sáng cục bộ. 2. Chiếu sáng làm việc và chiếu sáng sự cố: Ngoài hệ thống chiếu sáng làm việc còn phải đặt thêm hệ thống chiếu sáng sự cố. Độ rọi hệ thống chiếu sáng sự cố lớn hơn độ rọi hệ thống làm việc 10%. ở những nơi chiếu sáng làm việc bị mất điện mà có khả năng phát sinh cháy nổ, gây nhiễm độc hoặc ảnh hưởng tới chính trị, an ninh thì cần có chiếu sáng sự cố. 3. Chiếu sáng trong nhà và chiếu sáng ngoài trời và đặc điểm của phụ tải chiếu sáng: Chiếu sáng ngoài trời là chiếu sáng khu vực làm việc ngoài trời như sân bãi, đường đi, nơi bốc giỡ hàng hóa vật liệu. Phụ tải chiếu sáng phụ thuộc vào mùa vị trí địa lý. Mùa hè chậm. tối và chóng sáng nên thời gian chiếu sáng dài hơn mùa đông. 2-5. thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng sửa chữa cơ khí. 1. Lựa chọn số lượng, công suất bóng đèn. a. Chọn nguồn sáng: Phân xưởng sửa chữa cơ khí là thuộc hộ tiêu thụ loại 3 không yêu cầu cao về độ rọi, hiệu quả chiếu sáng, là nơi ít bụi hơi nước nên ta quyết định chọn nguồn sáng là bóng đèn dây tócvì nó có ưu điểm là chế tạo đơn giản, giá thành rẻ, ở đây dùng đèn vạn năng có chụp bằng thủy tinhvà có tán bằng sắt. b. Bố trí đèn: Chiếu sáng chung sẽ phải dùng nhiều đèn vấn đề đặt ra là phải xác định vị trí hợp lý của các đèn và khoảng cách giữa đèn, trần nhà và mặt công tác. Xác định độ cao treo đèn H = h - hc - hlv 3m 2,5m Cách bố trí đèn hc h H hlv Trong đó: H là khoảng cách từ đèn đến bề mặt công tác chọn H = 3m. hc là khoảng cách từ đèn đến trần hc = 0,7m. hlv là độ cao của mặt công tác so với nền nhà hlv = 0,8m. h chiều cao của trần nhà so với nền nhà h = H + hc + hlv = 4,5m. c. Tính toán chọn đèn: Ta sử dụng phương pháp hệ số sử dụng phương pháp này dùng để tính toán chiếu sáng chung. Ta có công thức sau: F = Trong đó: F là quang thông tổng của mỗi đèn, (lm) E - Độ rọi (1x). S -Diện tích cần chiếu sáng .(m) k - hệ số dữ trữ . Lấy k =1,3. n - tổng số bóng đèn. ksd - hệ số sử dụng của đèn, phụ thuộc vào loại đèn, kích thước và điều kiện phản xạ và chỉ số phòng (). Chỉ số của phòng được tính theo công thức . = (6-2) (TL1) a,b - chiều rộng và chiều dài của mặt bằng cần chiếu sáng. Z = Etb/Emin : Là hệ số phụ thuộc loại đèn va tỉ số L/ H , thường lấy Z = 0,8 đến 1,4 Với phân xưởng sửa chữa cơ khí: Chiều dài: a = 16m. Chiều rộng: b = 50m. Diện tích của phòng S = a.b = 800m2. * Xác định hệ số sử dụng : * Xác định chỉ số phòng : = Hệ số phản xạ của trần và tường là : rtrần = 30%, rtường = 50%. Tra phụ lục 6 -7 ta được ksử dụng = 0,47. * Xác định số bóng đèn n : * Xác định khoảng cách giữa các bóng đèn L: Ta có: (Tra bảng với chiếu sáng phân xưởng dùng chao đèn vạn năng). L = 1,8. H = 1,8.3 = 5,4m. với a = 16m ; b = 50m. Ta chọn L = 5m. Ta bố trí khoảng cách giữa các đèn là 5m. Khoảng cách từ bờ tường đến đèn là 2,5m. * Số đèn bố trí một hàng chiều dọc là : n1 = bóng. *Số đèn bố trí một hàng chiều ngang là : n2 = bóng. *Tổng số đèn là : n = n1.n2 = 3.10 = 30 bóng. Tra bảng lấy độ rọi E = 30 lux. Hệ số dự trữ K = 1,2 Hệ số tính toán Z = 1,2 Vậy quang thông của mỗi bóng đèn được xác định : F = lm Tra bảng ( PL6-8-TL1) chọn bóng đèn dây tóc vạn năng có công suất p = 150W điện áp U = 220V có quang thông 2200 lm. Tổng công suất chiếu sáng của toàn phân xưởng: Pcs = 30 bóng.150W = 4500W = 4,5kW. 2. Mạng chiếu sáng: Đặt riêng một tủ cạnh cửa ra vào lấy điện từ tủ phân phối phân xưởng về. Tủ gồm một aptomat 3 pha đặt ở đầu vào và 6 aptomat nhánh 1 pha, mỗi aptomat cấp cho 5 bóng đèn sơ đồ cấp điện và sơ đồ nguyên lý trên hình vẽ. a. Chọn apto