Giới thiệu dự án
Hệ thống cung cấp điện cho các tổ hợp công nghiệp nặng, đặc biệt là nhà máy luyện kim đen, đóng vai trò then chốt quyết định năng suất luyện kim, chất lượng sản phẩm thép và độ an toàn vận hành liên tục. Theo thống kê của Hiệp hội Thép Việt Nam (VSA) và Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), ngành công nghiệp luyện kim tiêu thụ từ 15% đến 20% tổng sản lượng điện năng công nghiệp, trong đó suất tiêu hao năng lượng và tổn thất điện áp trên mạng nội bộ ảnh hưởng trực tiếp tới giá thành sản phẩm. Sự gián đoạn nguồn cấp không chỉ gây thiệt hại hàng trăm triệu đồng mỗi giờ dừng lò mà còn tiềm ẩn rủi ro đông đặc kim loại lỏng trong lò luyện gang và lò Martin.
Vấn đề cốt lõi đặt ra là thiết kế một hệ thống cung cấp điện an toàn, liên tục và tối ưu hóa kinh tế - kỹ thuật cho nhà máy luyện kim đen lấy nguồn từ hệ thống điện quốc gia thông qua cấp điện áp 35 kV, cự ly truyền tải 9 km, công suất ngắn mạch nguồn $S_N = 270\text{ MVA}$, tổng phụ tải tính toán toàn nhà máy đạt xấp xỉ $12.122,7\text{ kVA}$.
HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA (35 kV / Sn = 270 MVA)
Đường dây kép AC-95 (9 km)
TRẠM PHÂN PHỐI TRUNG TÂM (TPPTT 35 kV)
Phân đoạn 1 Phân đoạn 2
(MC 36GI-E16 + CSV) (MC 36GI-E16 + CSV)
B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7
(1600kVA)(1600kVA)(1000kVA) (1250kVA)(1250kVA)(1250kVA)(400kVA)
PX Gang Lò Martin Cán phôi Cán nóng Cán nguội Tôn + Trạm bơm
+ BQL/PTN PXSCCK
Mục tiêu cụ thể của dự án được xác định gồm:
- Xác định chính xác phụ tải tính toán: Phân tích chi tiết 70 thiết bị của Phân xưởng sửa chữa cơ khí (PXSCCK) bằng phương pháp công suất trung bình và hệ số cực đại ($P_{tb} - K_{max}$), kết hợp phương pháp hệ số nhu cầu ($K_{nc}$) cho các phân xưởng còn lại.
- Thiết kế cấu trúc mạng điện cao áp: Đề xuất và so sánh 4 phương án cấu hình mạng điện cao áp (sử dụng trạm biến áp trung tâm TBATT 35/10 kV hoặc trạm phân phối trung tâm TPPTT 35 kV kết hợp 6 hoặc 7 trạm biến áp phân xưởng TBAPX).
- Lựa chọn và kiểm nghiệm khí cụ điện: Tính toán ngắn mạch 3 pha siêu quá độ ($I''$), dòng xung kích ($i_{xk}$) để kiểm tra độ ổn định nhiệt ($F_{odn}$) và ổn định động ($I_{odd}$) cho cáp, máy cắt, dao cách ly, thanh góp và chống sét van.
- Thiết kế mạng hạ áp phân xưởng: Bố trí tủ phân phối tổng (TPP), 6 tủ động lực (ĐL1 - ĐL6) và hệ thống aptomat hạ áp bảo vệ chọn lọc cho PXSCCK.
Phạm vi nghiên cứu tập trung vào cấp điện áp từ thanh cái 35 kV trạm biến áp khu vực đến thanh cái 0,4 kV của các tủ động lực phân xưởng. Giới hạn đề tài không đi sâu vào bù công suất phản kháng tự động cao áp và hệ thống điều khiển số SCADA/EMS chuyên sâu.
Phân tích và thiết kế giải pháp
Phân tích hiện trạng
Hệ thống phụ tải của nhà máy luyện kim đen bao gồm các phân xưởng có tính chất công nghệ đặc biệt với mức độ yêu cầu cấp điện nghiêm ngặt:
| Phân xưởng | Công suất đặt $P_d$ (kW) | Loại hộ tiêu thụ | Yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện |
|---|---|---|---|
| PX Luyện gang | 4.000 | Loại I | Cấp điện liên tục bằng 2 nguồn / 2 MBA độc lập |
| PX Lò Martin | 3.500 | Loại I | Cấp điện liên tục bằng 2 nguồn / 2 MBA độc lập |
| PX Máy cán phôi tấm | 2.000 | Loại I | Cấp điện liên tục bằng 2 nguồn / 2 MBA độc lập |
| PX Cán nóng | 2.800 | Loại I | Cấp điện liên tục bằng 2 nguồn / 2 MBA độc lập |
| PX Cán nguội | 3.000 | Loại I | Cấp điện liên tục bằng 2 nguồn / 2 MBA độc lập |
| PX Tôn | 2.500 | Loại I | Cấp điện liên tục bằng 2 nguồn / 2 MBA độc lập |
| Trạm bơm nước | 1.000 | Loại I | Cấp điện liên tục bằng 2 nguồn / 2 MBA độc lập |
| PX Sửa chữa cơ khí | 165,3 | Loại III | Cho phép mất điện khi sự cố hoặc sửa chữa |
| Ban Quản lý & PTN | 320 | Loại III | Cho phép cấp điện qua 1 tuyến đường dây |
Phân tích ưu nhược điểm giữa hai giải pháp truyền tải chính trong nội bộ nhà máy:
• Ưu điểm: Thiết bị đóng cắt 10 kV rẻ hơn cấp 35 kV.
• Nhược điểm: Tốn 2 cấp biến áp trung gian, tổn hao công suất và điện năng lớn.
• Ưu điểm: Bỏ cấp biến áp 10 kV, tổn thất điện năng thấp nhất, giảm số lượng MBA trung tâm.
• Nhược điểm: Thiết bị đóng cắt 35 kV có vốn đầu tư ban đầu cao hơn.
Ma trận yêu cầu kỹ thuật theo mô hình MoSCoW:
- Must have: Cấu hình trạm 2 máy biến áp cho các hộ loại I, dự phòng sự cố $N-1$ đảm bảo hệ số quá tải $k_{qt} = 1,4$ cấp đủ $70%$ công suất khi xảy ra sự cố cắt giảm hộ loại III.
- Should have: Tối ưu hóa hàm chi phí tính toán kinh tế - kỹ thuật hàng năm ($Z$).
- Could have: Tích hợp các bộ ngắt tự động đóng lặp lại (Recloser) trên đường dây trên không 35 kV.
- Won't have: Kéo đường dây không bọc cách điện bên trong khuôn viên nhà xưởng sản xuất.
Thiết kế hệ thống
Kiến trúc mạng điện cao áp lựa chọn là sơ đồ hình tia cấp điện từ Trạm phân phối trung tâm (TPPTT 35 kV) đến 7 trạm biến áp phân xưởng (TBAPX B1 đến B7).
SƠ ĐỒ ĐƠN TUYẾN MẠNG CAO ÁP (PHƯƠNG ÁN 4)
[MC1] [MC2]
[MC] [MC] [MC] [MC] [MC]
B1 B2 B3 B4 B5 ... B7
35kV 35kV 35kV 35kV 35kV
0,4 kV 0,4 kV 0,4 kV 0,4 kV 0,4 kV
Danh mục công nghệ và thiết bị kỹ thuật chuẩn hóa áp dụng:
- Dây dẫn cao áp nguồn: Dây nhôm lõi thép AC-95 treo trên không, $r_0 = 0,37,\Omega/\text{km}$, $x_0 = 0,35,\Omega/\text{km}$, khoảng cách trung bình hình học $D_{tb} = 2\text{ m}$, dòng cho phép $I_{cp} = 335\text{ A}$.
- Cáp phân phối nội bộ 35 kV: Cáp nhôm 3 lõi cách điện XLPE vỏ PVC, tiết diện $25\text{ mm}^2$ ($I_{cp} = 115\text{ A}$) và $16\text{ mm}^2$.
- Máy cắt cao áp: Schneider Electric 36GI-E16 ($U_{dm} = 36\text{ kV}$, $I_{dm} = 630\text{ A}$, $I_{cat} = 16\text{ kA}$, $I_{odn}/t_{odn} = 16\text{ kA}/3\text{s}$, $I_{odd} = 40\text{ kA}$).
- Chống sét van: Cooper AZLP501B36 ($U_{dm} = 36\text{ kV}$).
- Máy biến điện áp: 4MR66 kiểu 3 pha 5 trụ có cuộn tam giác hở giám sát chạm đất 1 pha.
- Biến dòng điện: 4ME16 cấp chính xác 0,5 dùng cho đo lường và bảo vệ rơle.
- Aptomat hạ áp: Schneider/Merlin Gerin dòng Compact M40 ($I_{dm} = 4.000\text{ A}$, $I_{cat} = 65\text{ kA}$), M20 ($I_{dm} = 2.000\text{ A}$), M08 ($I_{dm} = 800\text{ A}$).
Methodology
Phương pháp thiết kế kết hợp giải thuật giải tích truyền thống theo Tiêu chuẩn Quốc gia (TCVN 7447 / IEC 60364) và phân tích tối ưu hóa kinh tế - kỹ thuật:
[Khảo sát & Thu thập số liệu]
[Đề xuất 4 phương án cấu hình TBA]
[So sánh kinh tế - kỹ thuật (Z, ΔA)]
[Chọn Phương án 4: TPPTT + 7 TBAPX]
[Tính ngắn mạch N1, N2, N3]
[Kiểm nghiệm khí cụ điện & Cáp]
Kế hoạch kiểm soát rủi ro kỹ thuật:
- Rủi ro quá tải MBA khi sự cố: Thiết lập hệ số quá tải ngắn hạn $k_{qt} = 1,4$ trong 5 ngày đêm (mỗi ngày không quá 6 giờ) với phụ tải trước sự cố $\le 0,75,S_{dmB}$.
- Rủi ro sụt áp cuối đường dây: Kiểm tra giới hạn $\Delta U% \le \Delta U_{cp}% = 5%$.
- Rủi ro xung kích ngắn mạch: Tính toán chính xác $i_{xk} = 1,8 \cdot \sqrt{2} \cdot I_N$ để chống biến dạng cơ học thanh cái.
Implementation và kết quả
Development process
1. Thuật toán xác định phụ tải tính toán PXSCCK
Đối với phân xưởng có 70 thiết bị phân bố không đều về công suất, áp dụng thuật toán xác định số thiết bị dùng điện có hiệu quả $n_{hq}$:
def calculate_effective_devices(power_list):
"""
Tính số thiết bị hiệu quả nhq theo TCVN
power_list: Danh sách công suất định mức của các thiết bị (kW)
"""
n = len(power_list)
p_sum = sum(power_list)
p_sq_sum = sum(p**2 for p in power_list)
# Công thức chính xác
n_hq = (p_sum ** 2) / p_sq_sum
# Kiểm tra điều kiện gần đúng
p_max = max(power_list)
p_min = min(power_list)
m = p_max / p_min if p_min > 0 else 999
return n_hq, p_sum
# Áp dụng cho nhóm phụ tải 1 của PXSCCK
# Gồm các máy tiện ren, phay đứng, bào ngang: n = 12 thiết bị
# p_sum = 68 kW, p_sq_sum = 482 kW^2 -> n_hq = 68^2 / 482 = 9.59 ≈ 10 thiết bị
Phụ tải tính toán của từng nhóm máy xác định theo công thức: $$P_{tt} = K_{max} \cdot K_{sd} \cdot \sum_{i=1}^{n} P_{dmi}$$ $$Q_{tt} = P_{tt} \cdot \tan\varphi$$ $$S_{tt} = \sqrt{P_{tt}^2 + Q_{tt}^2}$$
2. Lựa chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế $J_{kt}$
Với thời gian sử dụng công suất cực đại $T_{max} = 3.000\text{ h}$, tra sổ tay thiết kế cấp điện chọn $J_{kt} = 1,3\text{ A/mm}^2$ cho dây nhôm lõi thép (AC): $$I_{lvmax} = \frac{S_{tt}}{2 \cdot \sqrt{3} \cdot U_{dm}} = \frac{12.122,7}{2 \cdot \sqrt{3} \cdot 35} = 100\text{ A}$$ $$F_{kt} = \frac{I_{lvmax}}{J_{kt}} = \frac{100}{1,3} = 76,91\text{ mm}^2 \implies \text{Chọn dây AC-95}$$
Kiểm tra điều kiện phát nóng khi sự cố 1 lộ ($I_{sc} = 200\text{ A} \le I_{cp} = 335\text{ A}$) và kiểm tra tổn thất điện áp $\Delta U = 1.750\text{ V} \le \Delta U_{cp} = 1.750\text{ V}$ ($5%$).
Testing và validation
1. Tính toán ngắn mạch hệ thống
Điện kháng nguồn tương đương từ trạm biến áp khu vực: $$X_{HT} = \frac{U_{tb}^2}{S_N} = \frac{(1,05 \cdot 35)^2}{270} = 5,002,\Omega$$
Thông số tổng trở đường dây 35 kV kép AC-95 ($L = 9\text{ km}$): $$R_D = \frac{r_0 \cdot L}{n} = \frac{0,37 \cdot 9}{2} = 1,665,\Omega$$ $$X_D = \frac{x_0 \cdot L}{n} = \frac{0,35 \cdot 9}{2} = 1,575,\Omega$$
Tổng trở đến điểm ngắn mạch $N_1$ trên thanh góp 35 kV TPPTT: $$Z_{N1} = \sqrt{R_D^2 + (X_{HT} + X_D)^2} = \sqrt{1,665^2 + (5,002 + 1,575)^2} = 6,784,\Omega$$ $$I_{N1} = I'' = \frac{U_{tb}}{\sqrt{3} \cdot Z_{N1}} = \frac{36,75}{\sqrt{3} \cdot 6,784} = 3,127\text{ kA}$$ $$i_{xk1} = 1,8 \cdot \sqrt{2} \cdot I_{N1} = 1,8 \cdot 1,414 \cdot 3,127 = 7,960\text{ kA}$$
2. Bảng kết quả kiểm nghiệm ngắn mạch và chọn khí cụ điện
| Vị trí sự cố | Điểm kiểm tra | $I''$ (kA) | $i_{xk}$ (kA) | Khí cụ điện lựa chọn | Thông số kiểm nghiệm | Kết luận |
|---|---|---|---|---|---|---|
| $N_1$ (35 kV) | Đầu vào TPPTT | 3,13 | 7,96 | MC Schneider 36GI-E16 | $I_{cat} = 16\text{ kA} > 3,13\text{ kA}$ | Đạt |
| $N_1$ (35 kV) | Thanh cái TPPTT | 3,13 | 7,96 | Thanh đồng $25 \times 3\text{ mm}$ | $I_{cp} = 265\text{ A} \ge 212\text{ A}$ | Đạt |
| $N_2$ (35 kV) | Đầu vào TBA B1 | 2,55 | 6,48 | Cáp ngầm 35 kV $25\text{ mm}^2$ | $F_{odn} = 19,4\text{ mm}^2 \le 25\text{ mm}^2$ | Đạt |
| $N_3$ (0,4 kV) | Hạ áp TBA B1 | 32,98 | 83,67 | Aptomat Compact M20 | $I_{cat} = 50\text{ kA} > 32,98\text{ kA}$ | Đạt |
| $N_3$ (0,4 kV) | Hạ áp TBA B6 | 28,45 | 72,15 | Aptomat Compact M40 | $I_{cat} = 65\text{ kA} > 28,45\text{ kA}$ | Đạt |
Kết quả đạt được
Hệ thống cung cấp điện đáp ứng hoàn toàn các chỉ tiêu kỹ thuật đề ra, phân bổ công suất trạm biến áp hợp lý cho từng cụm tải độc lập:
| Trạm biến áp | Phụ tải phục vụ | Số lượng $\times S_{dmB}$ | Cấp điện áp | Dự phòng $N-1$ |
|---|---|---|---|---|
| TBA B1 | PX Luyện gang | $2 \times 1.600\text{ kVA}$ | 35/0,4 kV | Đạt ($S_{sc} = 0,7,S_{tt} \le 1,4,S_{dmB}$) |
| TBA B2 | PX Lò Martin | $2 \times 1.600\text{ kVA}$ | 35/0,4 kV | Đạt |
| TBA B3 | PX Cán phôi tấm + BQL/PTN | $2 \times 1.000\text{ kVA}$ | 35/0,4 kV | Đạt |
| TBA B4 | PX Cán nóng | $2 \times 1.250\text{ kVA}$ | 35/0,4 kV | Đạt |
| TBA B5 | PX Cán nguội | $2 \times 1.250\text{ kVA}$ | 35/0,4 kV | Đạt |
| TBA B6 | PX Tôn + PXSCCK | $2 \times 1.250\text{ kVA}$ | 35/0,4 kV | Đạt |
| TBA B7 | Trạm bơm nước | $2 \times 400\text{ kVA}$ | 35/0,4 kV | Đạt |
Đổi mới và đóng góp
Điểm cải tiến kỹ thuật nổi bật của công trình là việc chứng minh tính ưu việt của mô hình phân phối điện cấp thẳng 35 kV từ Trạm phân phối trung tâm (TPPTT) đến trực tiếp các trạm biến áp phân xưởng (Phương án 4), thay vì sử dụng mô hình trạm giảm áp trung gian truyền thống 35/10 kV (Phương án 1 và 3).
SO SÁNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG HÀNG NĂM (kWh)
Bảng phân tích so sánh kinh tế - kỹ thuật giữa 4 phương án đề xuất:
| Chỉ tiêu kỹ thuật / Kinh tế | Phương án 1 (TBATT + 6 TBAPX) | Phương án 2 (TPPTT + 6 TBAPX) | Phương án 3 (TBATT + 7 TBAPX) | Phương án 4 (TPPTT + 7 TBAPX) |
|---|---|---|---|---|
| Số cấp biến áp trung gian | 2 cấp (35/10/0,4 kV) | 1 cấp (35/0,4 kV) | 2 cấp (35/10/0,4 kV) | 1 cấp (35/0,4 kV) |
| Vốn đầu tư thiết bị $K$ (Triệu VNĐ) | 11.370,5 | 16.512,1 | 12.188,4 | 16.634,8 |
| Tổn thất trên đường dây $\Delta A_D$ (kWh) | 226.581,5 | 162.249,3 | 170.070,2 | 110.546,0 |
| Tổn thất trong MBA $\Delta A_B$ (kWh) | 660.096,0 | 433.523,7 | 666.559,0 | 439.984,0 |
| Tổng tổn thất điện năng $\sum \Delta A$ (kWh) | 886.677,5 | 595.773,0 | 836.629,2 | 550.530,0 |
| Chi phí tính toán $Z$ (Triệu VNĐ) | 5.184,5 | 6.145,2 | 5.329,6 | 6.091,5 |
Mặc dù Phương án 4 có vốn đầu tư ban đầu cho máy cắt 35 kV cao hơn khoảng 46% so với Phương án 1, nhưng mức giảm tổn thất điện năng đạt tới 336.147,5 kWh/năm (tương đương giảm 37,92% tổng tổn thất). Với giá điện bình quân $2.000\text{ đ/kWh}$, mỗi năm nhà máy tiết kiệm được hơn 672 triệu đồng chi phí mua điện bù hao hụt.
Ứng dụng thực tế và triển khai
Kịch bản vận hành thực tế
Hệ thống được thiết kế phù hợp cho các nhà máy luyện cán thép có công suất 500.000 - 1.000.000 tấn/năm. Trong điều kiện vận hành bình thường, hai phân đoạn thanh cái 35 kV tại TPPTT hoạt động độc lập qua máy cắt liên lạc mở. Khi một tuyến cáp nguồn hoặc một máy biến áp tại bất kỳ TBA nào gặp sự cố chập pha hoặc phóng điện:
- Rơle so lệch và rơle quá dòng cắt máy cắt đầu vào của lộ bị sự cố trong thời gian $t \le 0,2\text{ s}$.
- Hệ thống chuyển đổi nguồn tự động (ATS) đóng máy cắt liên lạc thanh cái hạ áp.
- Toàn bộ phụ tải loại I của phân xưởng được duy trì $100%$ công suất nhờ khả năng chịu quá tải 140% định mức của MBA còn lại trong ca làm việc.
QUY TRÌNH CHUYỂN NGUỒN TỰ ĐỘNG KHI SỰ CỐ
Lộ trình triển khai dự án
Đánh giá hiệu quả kinh tế:
- Vốn đầu tư ban đầu (CAPEX): 16,63 tỷ đồng cho toàn bộ thiết bị trạm và đường dây cao áp.
- Chi phí vận hành bảo dưỡng (OPEX): Tiết kiệm 672,3 triệu đồng/năm tiền điện tổn hao.
- Thời gian hoàn vốn sai biệt (Payback Period): 7,8 năm, hoàn toàn khả thi trong vòng đời dự án công nghiệp nặng (25 - 30 năm).
Hạn chế và hướng phát triển
Hạn chế kỹ thuật
- Sóng hài bậc cao: Đề tài chưa khảo sát chuyên sâu ảnh hưởng của các thành phần sóng hài bậc 5, 7, 11 phát sinh từ bộ chỉnh lưu của lò hồ quang và biến tần công suất lớn trong xưởng cán.
- Bù công suất phản kháng: Chưa mô hình hóa chi tiết dung lượng tụ bù cos$\varphi$ tại thanh cái 0,4 kV để nâng cao hệ số công suất từ 0,7 lên 0,95.
Hướng nâng cấp
- Tích hợp hệ thống lọc sóng hài tích cực (Active Power Filter - APF) và trạm bù tĩnh SVG (Static Var Generator) phía hạ áp.
- Thiết kế hệ thống giám sát SCADA trên nền tảng giao thức IEC 61850 phục vụ quản lý năng lượng số và chẩn đoán sự cố dự đoán (Predictive Maintenance).
Đối tượng hưởng lợi
- Sinh viên và học viên ngành Điện - Tự động hóa: Cung cấp tài liệu mẫu mực về phương pháp tính toán phụ tải ($P_{tb}-K_{max}$, $K_{nc}$), ngắn mạch giải tích và lựa chọn khí cụ điện chuẩn theo TCVN/IEC.
- Kỹ sư thiết kế cơ điện (M&E) & Hệ thống điện: Nắm vững phương pháp luận so sánh kinh tế - kỹ thuật giữa cấp điện áp 10 kV và 35 kV để tư vấn giải pháp tối ưu cho chủ đầu tư.
- Doanh nghiệp luyện kim và quản lý nhà máy: Cung cấp cơ sở khoa học để cải tạo lưới điện nội bộ, giảm thiểu tổn hao hàng tỷ đồng tiền điện và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện liên tục.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao nên chọn cấp điện áp 35 kV cấp trực tiếp cho các trạm biến áp phân xưởng thay vì hạ xuống 10 kV?
Việc sử dụng trực tiếp cấp điện áp 35 kV qua Trạm phân phối trung tâm (TPPTT) loại bỏ hoàn toàn Trạm biến áp trung tâm 35/10 kV (công suất $2 \times 7.500\text{ kVA}$). Điều này giúp giảm một cấp biến áp trung gian, cắt giảm tổn thất điện năng trong MBA từ $660.096\text{ kWh}$ xuống $439.984\text{ kWh/năm}$ (giảm 33,3%), đồng thời giảm đáng kể tiết diện ruột dẫn cáp truyền tải nội bộ do dòng làm việc ở 35 kV nhỏ hơn 3,5 lần so với ở cấp 10 kV.
2. Tiêu chí lựa chọn số lượng máy biến áp trong từng trạm phân xưởng là gì?
Căn cứ theo mức độ tin cậy cung cấp điện: các phân xưởng có phụ tải Loại I (Luyện gang, Lò Martin, Cán phôi, Cán nóng, Cán nguội, Tôn, Trạm bơm) bắt buộc phải sử dụng trạm 2 máy biến áp làm việc song song hoặc phân đoạn. Phụ tải Loại III (PXSCCK, Ban Quản lý) chỉ cần cấp điện bằng 1 máy biến áp hoặc ghép chung vào trạm biến áp lân cận để tiết kiệm chi phí đầu tư.
3. Phương pháp kiểm nghiệm ổn định nhiệt của cáp trung áp 35 kV khi có ngắn mạch được tính như thế nào?
Cáp được kiểm tra theo điều kiện tiết diện tối thiểu chịu dòng ngắn mạch xác lập trong thời gian quy đổi nhiệt: $$F \ge F_{odn} = \frac{I_\infty \cdot \sqrt{T_{qd}}}{\alpha}$$ Trong đó với cáp nhôm $\alpha = 12$, dòng ngắn mạch $I_\infty = 2,55\text{ kA}$, thời gian quy đổi $T_{qd} = 0,85\text{ s}$, ta tính được $F_{odn} = 19,4\text{ mm}^2 \le 25\text{ mm}^2$ (tiết diện cáp đã chọn), đảm bảo cáp không bị phá hủy cách điện do quá nhiệt.
4. Hệ số công suất phản kháng $\cos\varphi$ của nhà máy ảnh hưởng thế nào đến việc chọn thiết bị?
Phụ tải công nghiệp nặng có $\cos\varphi$ trung bình từ 0,65 đến 0,75, làm tăng dòng điện toàn phần $S_{tt}$ và gây sụt áp, tổn thất trên đường dây. Việc tính toán chính xác công suất phản kháng $Q_{tt} = P_{tt} \cdot \tan\varphi$ là cơ sở định cỡ công suất định mức $S_{dmB}$ của máy biến áp và dòng cắt định mức của máy cắt hạ thế.
5. Tại sao phải phân nhóm 70 thiết bị của Phân xưởng sửa chữa cơ khí thành 6 tủ động lực riêng biệt?
Việc chia nhóm dựa trên vị trí không gian mặt bằng xưởng và tính chất công nghệ (nhóm máy gia công cắt gọt, nhóm nhiệt luyện, nhóm sửa chữa cơ, nhóm sửa chữa điện). Phân nhóm giúp tối ưu hóa chiều dài cáp hạ thế từ tủ động lực đến từng máy, hạn chế sụt áp dòng khởi động của các động cơ công suất lớn và đảm bảo cô lập sự cố cục bộ mà không làm gián đoạn toàn bộ phân xưởng.
Kết luận
Đồ án đã hoàn thành trọn vẹn và chuẩn xác bài toán thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy luyện kim đen quy mô $12.122,7\text{ kVA}$. Bằng việc kết hợp chặt chẽ giữa tính toán kỹ thuật giải tích chuyên sâu và phân tích kinh tế định lượng, nghiên cứu đã khẳng định tính khả thi vượt trội của phương án sử dụng Trạm phân phối trung tâm 35 kV kết hợp 7 trạm biến áp phân xưởng 35/0,4 kV. Giải pháp không chỉ đáp ứng tuyệt đối tiêu chuẩn cấp điện liên tục cho hộ tiêu thụ loại I mà còn đem lại giá trị kinh tế bền vững thông qua việc cắt giảm 37,92% tổn thất điện năng hàng năm.
Để tham khảo chi tiết toàn bộ hồ sơ tính toán, bảng tra cứu khí cụ và bản vẽ sơ đồ nguyên lý đơn tuyến, bạn đọc có thể liên hệ bộ môn Hệ thống Cung cấp Điện – Trường Điện - Điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội.