Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Báo cáo đồ án môn học với đề tài "Thiết kế cung cấp điện cho xưởng cơ khí" (phân xưởng cơ khí 1800 m²) được thực hiện bởi nhóm sinh viên Phạm Bùi Bảo Hoàng và Phạm Văn Lộc (cùng ghi nhận tác giả Quách Trọng Nghĩa - Hoàng Kím), dưới sự hướng dẫn của TS. Lê Phương Trường, thuộc Khoa Cơ Điện - Điện Tử, Trường Đại học Lạc Hồng (thực hiện vào tháng 10/2025 tại Đồng Nai).
Trong tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, ngành công nghiệp điện giữ vai trò hạ tầng mũi nhọn, gắn liền với sự phát triển của các nhà máy, khu công nghiệp và khu dân cư mới. Khi xây dựng một cơ sở sản xuất công nghiệp, nhiệm vụ thiết kế hệ thống cung cấp điện là tiền đề kỹ thuật thiết yếu nhằm đảm bảo năng lượng liên tục, ổn định và an toàn cho toàn bộ dây chuyền công nghệ cũng như các hoạt động sinh hoạt phụ trợ.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể của đồ án bao gồm:
- Phân tích đặc điểm công nghệ và phân loại nhóm phụ tải điện của phân xưởng cơ khí sửa chữa diện tích 1800 m².
- Tính toán phụ tải động lực theo phương pháp số thiết bị dùng điện hiệu quả ($n_{hq}$) và phụ tải chiếu sáng phân xưởng.
- Xác định tọa độ tâm phụ tải của từng nhóm thiết bị và toàn bộ phân xưởng để tối ưu hóa vị trí lắp đặt tủ phân phối và trạm biến áp.
- Lựa chọn số lượng, chủng loại và dung lượng máy biến áp phân xưởng đáp ứng nhu cầu cung cấp điện cho hộ tiêu thụ loại 2.
- Vạch và so sánh các phương án đi dây (hình tia, phân nhánh, hỗn hợp), lựa chọn giải pháp lắp đặt cáp điện tối ưu về mặt kinh tế - kỹ thuật.
- Tính chọn tiết diện dây dẫn, cáp điện lực và các khí cụ đóng cắt, bảo vệ (MCCB, CB) cho từng tuyến nhánh và tủ phân phối.
- Thiết kế hệ thống chiếu sáng công nghiệp đạt chuẩn độ rọi cho phân xưởng sản xuất cơ khí.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống mạng điện hạ áp (cung cấp điện động lực và chiếu sáng) cho một phân xưởng cơ khí sửa chữa.
- Phạm vi không gian: Mặt bằng nhà xưởng hình chữ nhật có kích thước chiều dài 60 m, chiều rộng 30 m, chiều cao 7 m (tổng diện tích $F = 1800\text{ m}^2$), kết cấu bao che gồm tường gạch quét vôi trắng và mái tôn.
- Phạm vi thời gian và chế độ vận hành: Phân xưởng hoạt động theo chế độ 2 ca làm việc trong một ngày; phụ tải được xếp vào loại hộ tiêu thụ điện bậc 2.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế
Đồ án áp dụng hệ thống lý thuyết chuẩn mực của chuyên ngành Kỹ thuật Điện - Cung cấp điện công nghiệp cùng các tiêu chuẩn kỹ thuật Việt Nam (TCVN) và tiêu chuẩn Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC):
-
Phương pháp xác định phụ tải tính toán động lực: Sử dụng phương pháp số thiết bị dùng điện hiệu quả ($n_{hq}$). Phương pháp này quy đổi một nhóm gồm $n_j$ thiết bị có công suất và chế độ làm việc khác nhau về một số thiết bị tương đương có cùng công suất định mức và chế độ làm việc. Trình tự tính toán thông qua 9 bước, thiết lập các tỷ số $n^* = \frac{n_1}{n}$ và $P^* = \frac{P_1}{P_{\Sigma}}$, tra bảng quan hệ $n_{hq}^* = f(n^, P^)$, từ đó suy ra hệ số cực đại $K_{max} = f(K_{sd}, n_{hq})$ để tính công suất tác dụng tính toán $P_{tt} = K_{max} \cdot K_{sd} \cdot \sum P_{đm}$.
-
Phương pháp xác định phụ tải chiếu sáng: Áp dụng phương pháp suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích ($P_0$, đơn vị $\text{W/m}^2$). Công suất tác dụng chiếu sáng được tính bằng $P_{ttcs} = P_0 \cdot F$.
-
Phương pháp xác định tâm phụ tải: Ứng dụng mô hình tọa độ giải tích phẳng để tìm trọng tâm phụ tải điện:
$$X = \frac{\sum (X_i \cdot P_{đmi})}{\sum P_{đmi}}, \quad Y = \frac{\sum (Y_i \cdot P_{đmi})}{\sum P_{đmi}}$$
Vị trí đặt trạm biến áp và các tủ phân phối được bố trí gần tâm phụ tải nhằm cực tiểu hóa bán kính cấp điện, giảm thiểu tổn thất điện áp ($\Delta U$) và tổn thất công suất ($\Delta P$).
-
Phương pháp tính chọn dây dẫn và khí cụ bảo vệ: Dây dẫn và cáp điện hạ áp được chọn theo điều kiện dòng điện phát nóng lâu dài cho phép kết hợp các hệ số hiệu chỉnh môi trường lắp đặt:
$$I_{cp} \ge \frac{I_{max}}{K}$$
Trong đó $K = K_1 \cdot K_2 \cdot K_3$ (đối với cáp đi trên máng/trên không) hoặc $K = K_4 \cdot K_5 \cdot K_6 \cdot K_7$ (đối với cáp đặt trong ống chôn ngầm trong đất). Thiết bị bảo vệ (MCCB/CB) được phối hợp chọn lựa và hiệu chỉnh theo hệ số dòng cắt từ nhiệt hoặc điện từ ($K_r$).
-
Nguồn dữ liệu thiết kế: Danh mục thông số thiết bị công nghệ cơ khí (máy tiện CNC, máy phay, máy bào, máy mài, máy khoan, máy hàn...); catalog kỹ thuật cáp điện của Công ty Cổ phần Cáp điện Việt Nam (CADIVI); catalog thông số kỹ thuật máy biến áp dầu của Công ty Thiết bị điện Đông Anh / THIBIDI do Chung Nam chế tạo.
Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật
Hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng cơ khí 1800 m² được thiết kế đồng bộ từ khâu nguồn đến các phụ tải tiêu thụ:
- Cấu trúc mạng nguồn và trạm biến áp: Phân xưởng là hộ tiêu thụ loại 2 nên sử dụng 01 máy biến áp dầu 3 pha cấp điện chính và bố trí thêm 01 nguồn máy phát điện dự phòng. Trạm biến áp được bố trí bên ngoài xưởng, cách công trình 20 m, đảm bảo các tiêu chí an toàn, thông thoáng, gần lưới điện quốc gia và thuận tiện kéo cáp vào tủ phân phối chính MDB.
- Cấu trúc phân phối mạng hạ áp: Mạng điện hạ áp vận hành theo sơ đồ hình tia (Radial System). Tuyến cáp từ trạm biến áp cấp vào tủ phân phối tổng MDB (Main Distribution Board), từ MDB cấp nguồn độc lập đến 4 tủ phân phối động lực DB1, DB2, DB3, DB4 (Distribution Board) và 01 tủ điều khiển chiếu sáng riêng biệt.
- Phương thức lắp đặt đường dây:
- Đoạn từ trạm biến áp đến tủ MDB: Sử dụng cáp điện lực CV 1 lõi ruột đồng, cách điện PVC, đi trên không dọc theo tường có giá đỡ gắn sứ cách điện.
- Đoạn từ tủ MDB đến các tủ động lực DB: Cáp điện lực CV đi trên hệ thống máng cáp (cable tray) gắn cố định trên kết cấu xưởng.
- Đoạn từ tủ động lực DB đến các động cơ máy công cụ: Sử dụng cáp điện lực nhiều ruột CVV bọc PVC luồn trong ống bảo vệ chôn ngầm dưới nền phân xưởng.
- Tuyến cấp nguồn chiếu sáng: Dây dẫn đi trên máng cáp treo trần, cấp điện cho các bộ đèn công nghiệp.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tính toán phụ tải phân xưởng
Chương 1 trình bày quy trình tính toán phụ tải động lực và phụ tải chiếu sáng của phân xưởng. Phụ tải động lực toàn xưởng được phân chia thành 4 nhóm thiết bị dựa trên nguyên tắc nhóm các máy có cùng chức năng, vị trí gần nhau và cân bằng công suất giữa các nhóm:
- Nhóm 1: Gồm 33 thiết bị (ký hiệu 1A đến 8A), tổng công suất đặt $\sum P_{đm1} = 486\text{ kW}$, thiết bị công suất lớn nhất $P_{max1} = 30\text{ kW}$. Số thiết bị có $P \ge 15\text{ kW}$ là $n_1 = 13$ với tổng công suất $P_{11} = 315\text{ kW}$. Hệ số công suất trung bình $\cos\varphi_{tb1} = 0{,}78$, hệ số sử dụng $K_{sdtb1} = 0{,}15$. Xác định $n_{hq1} = 24{,}75$, hệ số $K_{max1} = 1{,}55$. Phụ tải tính toán: $P_{tt1} = 112\text{ kW}$, $S_{tt1} = 177\text{ kVA}$, $Q_{tt1} = 137{,}9\text{ kVAR}$, dòng điện tính toán $I_{tt1} = 300\text{ A}$.
- Nhóm 2: Gồm 29 thiết bị (ký hiệu 1B đến 8B), tổng công suất đặt $\sum P_{đm2} = 220{,}4\text{ kW}$, $\cos\varphi_{tb2} = 0{,}89$, hệ số sử dụng $K_{sdtb2} = 0{,}16$.
- Nhóm 3: Gồm 26 thiết bị (ký hiệu 1C đến 7C), tổng công suất đặt $\sum P_{đm3} = 221\text{ kW}$, $\cos\varphi_{tb3} = 0{,}80$, hệ số sử dụng $K_{sdtb3} = 0{,}17$.
- Nhóm 4: Gồm 16 thiết bị (ký hiệu 1D đến 4D), tổng công suất đặt $\sum P_{đm4} = 160\text{ kW}$, hệ số sử dụng $K_{sdtb4} = 0{,}14$.
Phụ tải động lực toàn phân xưởng được tổng hợp với hệ số đồng thời $K_{đt} = 0{,}80$ (ứng với $n = 4$ nhóm):
- Công suất tác dụng động lực: $P_{ttđl} = 0{,}80 \times \sum P_{ttj} = 237\text{ kW}$.
- Hệ số công suất trung bình toàn xưởng: $\cos\varphi_{tbpx} = 0{,}79$.
- Công suất toàn phần động lực: $S_{ttđl} = 300\text{ kVA}$.
- Công suất phản kháng động lực: $Q_{ttđl} = 184\text{ kVAR}$.
- Dòng điện tính toán động lực: $I_{ttđl} = 455\text{ A}$.
Phụ tải chiếu sáng được xác định theo diện tích $F = 60 \times 30 = 1800\text{ m}^2$, sử dụng bóng đèn Metal Halide công suất 250 W có $\cos\varphi_{cs} = 0{,}8$:
- Công suất tác dụng chiếu sáng: $P_{ttcs} = 21{,}6\text{ kW}$.
- Công suất toàn phần chiếu sáng: $S_{ttcs} = 27\text{ kVA}$.
- Công suất phản kháng chiếu sáng: $Q_{ttcs} = 16{,}2\text{ kVAR}$.
Tổng hợp phụ tải toàn phân xưởng:
- $P_{ttpx} = P_{ttđl} + P_{ttcs} = 237 + 21{,}6 = 258{,}6\text{ kW}$.
- $Q_{ttpx} = Q_{ttđl} + Q_{ttcs} = 184 + 16{,}2 = 200{,}2\text{ kVAR}$.
- $S_{ttpx} = \sqrt{P_{ttpx}^2 + Q_{ttpx}^2} = 327\text{ kVA}$.
- Dòng điện tính toán cực đại: $I_{ttpx} = 497\text{ A}$.
Xác định tâm phụ tải và vị trí đặt tủ điện:
- Tọa độ tính toán tâm phụ tải nhóm 1: $(X_1 = 18\text{ m}; Y_1 = 24\text{ m}) \rightarrow$ Vị trí chọn đặt tủ DB1: $(18\text{ m}; 1\text{ m})$.
- Tọa độ tính toán tâm phụ tải nhóm 2: $(X_2 = 13\text{ m}; Y_2 = 10\text{ m}) \rightarrow$ Vị trí chọn đặt tủ DB2: $(1\text{ m}; 10\text{ m})$.
- Tọa độ tính toán tâm phụ tải nhóm 3: $(X_3 = 38\text{ m}; Y_3 = 25\text{ m}) \rightarrow$ Vị trí chọn đặt tủ DB3: $(38\text{ m}; 1\text{ m})$.
- Tọa độ tính toán tâm phụ tải nhóm 4: $(X_4 = 40\text{ m}; Y_4 = 11\text{ m}) \rightarrow$ Vị trí chọn đặt tủ DB4: $(40\text{ m}; 1\text{ m})$.
- Tọa độ tính toán tâm phụ tải toàn xưởng: $(X_{px} = 24\text{ m}; Y_{px} = 20\text{ m}) \rightarrow$ Vị trí chọn đặt tủ MDB: $(57\text{ m}; 15\text{ m})$.
| Hạng mục phụ tải |
Công suất $P_{tt}$ (kW) |
Hệ số $\cos\varphi$ |
Công suất $Q_{tt}$ (kVAR) |
Công suất $S_{tt}$ (kVA) |
Dòng điện $I_{tt}$ (A) |
Tọa độ đặt tủ chọn |
| Nhóm 1 (DB1) |
112,0 |
0,78 |
137,9 |
177,0 |
300,0 |
(18 m; 1 m) |
| Nhóm 2 (DB2) |
- |
0,89 |
- |
- |
- |
(1 m; 10 m) |
| Nhóm 3 (DB3) |
- |
0,80 |
- |
- |
- |
(38 m; 1 m) |
| Nhóm 4 (DB4) |
- |
- |
- |
- |
- |
(40 m; 1 m) |
| Động lực toàn xưởng |
237,0 |
0,79 |
184,0 |
300,0 |
455,0 |
- |
| Chiếu sáng toàn xưởng |
21,6 |
0,80 |
16,2 |
27,0 |
- |
- |
| Toàn phân xưởng (MDB) |
258,6 |
- |
200,2 |
327,0 |
497,0 |
(57 m; 15 m) |
Chương 2: Chọn máy biến áp phân xưởng
Chương 2 phân tích các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế để xác định vị trí, số lượng và công suất trạm biến áp:
- Vị trí trạm: Đặt cách phân xưởng 20 m, đảm bảo cự ly gần tâm phụ tải, gần tủ MDB và thuận tiện đấu nối vào lưới điện phân phối quốc gia.
- Điều kiện chọn dung lượng: Đối với trạm 1 máy biến áp cấp điện cho hộ loại 2, điều kiện chọn máy là $S_{đmB} \ge S_{tt}$. Với phụ tải tính toán toàn xưởng $S_{ttpx} = 327\text{ kVA}$, tác giả chọn 01 máy biến áp THIBIDI do Chung Nam chế tạo có công suất định mức $S_{đmB} = 400\text{ kVA}$ (không cần hiệu chỉnh nhiệt độ). Hệ thống bố trí thêm 01 máy phát điện dự phòng đảm bảo cấp điện liên tục khi có sự cố lưới.
Chương 3: Chọn phương án đi dây
Nội dung chương 3 tiến hành so sánh kỹ thuật ba cấu trúc mạng hạ áp:
- Mạng hình tia: Độ tin cậy cung cấp điện cao, vận hành và bảo trì đơn giản, cách ly sự cố tốt nhưng vốn đầu tư cáp cao.
- Mạng phân nhánh: Chi phí đầu tư thấp, tiết kiệm cáp nhưng độ tin cậy thấp, khó xác định sự cố và dễ sụt áp ở cuối đường dây khi khởi động động cơ lớn.
- Mạng kết hợp hình tia - phân nhánh: Cân bằng giữa chi phí và độ tin cậy.
Căn cứ đặc điểm phụ tải tập trung và yêu cầu cấp điện loại 2, tác giả lựa chọn giải pháp đi dây hình tia từ tủ MDB đến các tủ DB và từ DB đến từng máy công cụ. Các nhóm máy được chia thành các phân nhánh mạch động lực cụ thể:
- Nhóm 1: Gồm 4 phân nhánh (Nhánh 1: $52{,}5\text{ kW}$; Nhánh 3: $164\text{ kW}$; Nhánh 4: $133\text{ kW}$...).
- Nhóm 2: Gồm 4 phân nhánh (Nhánh 1: $34{,}5\text{ kW}$; Nhánh 2: $80\text{ kW}$; Nhánh 3: $47\text{ kW}$; Nhánh 4: $60\text{ kW}$).
- Nhóm 3: Gồm 3 phân nhánh (Nhánh 1: $110\text{ kW}$; Nhánh 2: $52\text{ kW}$; Nhánh 3: $59\text{ kW}$).
- Nhóm 4: Gồm 2 phân nhánh (Nhánh 1: $104\text{ kW}$; Nhánh 2: $56\text{ kW}$).
Chương 4: Chọn dây dẫn và khí cụ bảo vệ
Chương 4 thực hiện tính toán chi tiết tiết diện ruột dẫn cáp điện CADIVI và dòng định mức thiết bị bảo vệ MCCB/CB cho các phân nhánh. Dây cáp đặt trong ống đi ngầm dưới đất áp dụng hệ số hiệu chỉnh $K = 0{,}8$.
| Nhóm |
Phân nhánh |
Phụ tải nhánh |
Dòng làm việc $I_{lvmax}$ / $I_{đm}$ (A) |
Dòng CB chọn $I_Z$ (A) |
Hệ số $K_r$ |
Dòng chỉnh $I_{max}$ (A) |
Dòng cho phép $I_{cp}$ (A) |
Cáp CADIVI lựa chọn |
| 1 |
Nhánh 1 |
1A, 2A |
87,55 |
107 |
- |
91 |
113,75 |
CV 25 ($25\text{ mm}^2$) |
| 1 |
Nhánh 2 |
3A, 6A |
165,00 |
180 |
0,95 |
171 |
210,00 |
CV 70 / CV 35 |
| 1 |
Nhánh 3 |
5A, 7A |
170,00 |
200 |
0,90 |
180 |
216,00 |
CV 70 / CV 35 |
| 1 |
Nhánh 4 |
4A, 8A |
122,35 |
190 |
0,90 |
171 |
213,75 |
CV 70 / CV 35 |
| 2 |
Nhánh 1 |
1B, 2B |
102,70 |
76 |
0,95 |
72,2 |
90,25 |
CVV 3x22 ($22\text{ mm}^2$) |
| 2 |
Nhánh 2 |
3B, 4B |
153,60 |
153 |
0,90 |
137,7 |
172,12 |
CV 50 ($50\text{ mm}^2$) |
| 2 |
Nhánh 3 |
5B, 6B |
98,70 |
98 |
0,95 |
93,1 |
116,37 |
CV 16 ($16\text{ mm}^2$) |
| 2 |
Nhánh 4 |
7B, 8B |
110,50 |
129 |
0,90 |
116,1 |
145,12 |
CV 25 / CV 35 |
| 3 |
Nhánh 1 |
1C, 2C |
182,60 |
190 |
0,95 |
180,5 |
225,62 |
CV 70 ($70\text{ mm}^2$) |
| 3 |
Nhánh 2 |
3C, 4C |
98,20 |
98 |
0,90 |
88,2 |
110,25 |
CV 16 / CV 25 |
| 3 |
Nhánh 3 |
5C, 6C, 7C |
129,80 |
129 |
0,95 |
122,5 |
153,12 |
CV 25 / CV 35 |
| 4 |
Nhánh 1 |
1D, 2D |
228,90 |
228 |
0,95 |
216,6 |
270,75 |
CV 95 / CV 35 |
| 4 |
Nhánh 2 |
3D, 4D |
98,50 |
98 |
0,90 |
88,2 |
110,25 |
CV 16 / CV 25 |
Đối với các trục chính:
- Tuyến từ trạm biến áp về MDB: Dùng cáp đồng 1 lõi CV bọc PVC gồm 3 dây pha $A, B, C$ và dây trung tính $N$ (tiết diện dây $N$ bằng $1/2$ tiết diện dây pha).
- Tuyến từ MDB đến các tủ DB: Dùng cáp CV 1 lõi ruột đồng cách điện PVC.
- Thiết bị đóng cắt bảo vệ: Sử dụng MCCB tổng cho tủ phân phối chính MDB, MCCB nhánh cho các tủ DB1-DB4 và các CB nhánh cho từng động cơ.
Chương 5: Tính toán chiếu sáng
Chương 5 thuyết minh quy trình thiết kế hệ thống chiếu sáng công nghiệp cho diện tích $1800\text{ m}^2$:
- Thiết lập các thông số ban đầu: Kích thước hình học ($60\text{ m} \times 30\text{ m} \times 7\text{ m}$), xác định hệ số phản xạ ánh sáng của tường quét vôi trắng và trần mái tôn.
- Lựa chọn nguồn sáng: Đèn cao áp Metal Halide công suất 250 W có hiệu suất phát quang cao, phù hợp không gian trần cao và đòi hỏi thị giác chính xác trong gia công cơ khí.
- Tính toán quang thông và số lượng bộ đèn: Dựa trên hệ số sử dụng của bộ đèn ($CU$), hệ số suy giảm quang thông / mất mát ánh sáng, độ rọi tiêu chuẩn tối thiểu $E_{min}$ (Lux) theo quy chuẩn kỹ thuật.
- Bố trí mặt bằng đèn: Phân bố đều các bộ đèn trên trần phân xưởng, kiểm tra độ đồng đều ánh sáng trên bề mặt làm việc.
- Thiết kế mạng điện chiếu sáng: Vạch tuyến đi dây trên máng cáp, phân chia lộ đèn và lựa chọn CB bảo vệ mạch chiếu sáng từ tủ phân phối chính.
Kết quả và đóng góp
Đồ án đã giải quyết hoàn chỉnh các bài toán kỹ thuật cung cấp điện cho một công trình công nghiệp cụ thể:
- Kết quả tính toán phụ tải chính xác: Xác định đầy đủ phụ tải tính toán động lực ($P_{ttđl} = 237\text{ kW}$, $S_{ttđl} = 300\text{ kVA}$), phụ tải chiếu sáng ($P_{ttcs} = 21{,}6\text{ kW}$, $S_{ttcs} = 27\text{ kVA}$) và tổng phụ tải toàn nhà xưởng ($S_{ttpx} = 327\text{ kVA}$, $I_{ttpx} = 497\text{ A}$).
- Lựa chọn cấu hình nguồn và thiết bị hợp lý: Đề xuất thành công việc trang bị trạm biến áp 1 máy THIBIDI dung lượng 400 kVA kèm máy phát điện dự phòng, tối ưu hóa vị trí đặt trạm cách xưởng 20 m.
- Tối ưu hóa vị trí phân phối: Thiết lập tọa độ tâm phụ tải chính xác bằng phương pháp giải tích cho 4 nhóm máy và toàn xưởng, làm cơ sở khoa học để định vị tủ MDB tại tọa độ $(57\text{ m}; 15\text{ m})$ và các tủ DB1-DB4 sát chân tường gần tâm tải nhất, giảm bán kính cấp điện và sụt áp.
- Hệ thống hóa giải pháp đi cáp và bảo vệ: Xác lập bảng tra cứu và tính chọn chi tiết cáp CADIVI (CV, CVV từ $16\text{ mm}^2$ đến $95\text{ mm}^2$) cùng các cấp bảo vệ MCCB/CB tương ứng cho từng nhóm máy cơ khí theo đúng điều kiện phát nóng và hệ số lắp đặt thực tế.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế của đồ án: Các tính toán phụ tải dựa trên bảng tra các hệ số sử dụng ($K_{sd}$) và đồ thị $n_{hq}$ lý thuyết; chưa thực hiện tính toán chi tiết dòng ngắn mạch siêu quá độ ($I''$) và dòng ngắn mạch xung kích ($i_{xk}$) để kiểm tra độ bền điện động và khả năng cắt của khí cụ bảo vệ; chưa phân tích sâu giải pháp bù công suất phản kháng nhằm nâng cao hệ số $\cos\varphi$ tại tủ phân phối chính.
- Hướng nghiên cứu và hoàn thiện tiếp theo:
- Tính toán kiểm tra sụt áp mạng điện ($\Delta U%$) ở chế độ làm việc bình thường và chế độ tự khởi động của nhóm động cơ công suất lớn.
- Bổ sung sơ đồ tính toán ngắn mạch tại các thanh cái MDB và DB để kiểm tra khả năng chịu dòng ngắn mạch của dây dẫn và thiết bị đóng cắt.
- Thiết kế hệ thống tủ tụ bù tự động (APFC) nhằm nâng cao hệ số $\cos\varphi > 0{,}9$, giảm tổn thất điện năng và tránh phạt công suất phản kháng từ điện lực.
- Tích hợp hệ thống giám sát năng lượng, đo lường từ xa và điều khiển chiếu sáng thông minh trong nhà xưởng.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu tham khảo cho sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Điện, Điện tự động hóa, Hệ thống điện và các kỹ sư thiết kế cơ điện (M&E) nhà xưởng:
- Tham khảo phương pháp tính toán phụ tải động lực bằng số thiết bị hiệu quả ($n_{hq}$) áp dụng cho phân xưởng cơ khí có nhiều động cơ công suất không đồng đều.
- Ứng dụng phương pháp tính tọa độ tâm phụ tải để bố trí mặt bằng tủ điện phân phối công nghiệp.
- Cung cấp dữ liệu mẫu về phối hợp lựa chọn giữa dòng định mức dây dẫn cáp điện CADIVI và dòng tác động của aptomat bảo vệ (MCCB).
Câu hỏi thường gặp
1. Kích thước hình học và chế độ làm việc của phân xưởng cơ khí trong đề tài là bao nhiêu?
Phân xưởng có mặt bằng hình chữ nhật với chiều dài 60 m, chiều rộng 30 m, chiều cao 7 m, tổng diện tích $1800\text{ m}^2$, kết cấu mái tôn và tường gạch quét vôi trắng. Xưởng hoạt động theo chế độ 2 ca làm việc trong ngày.
2. Tổng phụ tải tính toán toàn phần ($S_{ttpx}$) và dòng điện cực đại ($I_{ttpx}$) của phân xưởng là bao nhiêu?
Sau khi tổng hợp phụ tải động lực của 4 nhóm thiết bị ($P_{ttđl} = 237\text{ kW}$, $Q_{ttđl} = 184\text{ kVAR}$) và phụ tải chiếu sáng ($P_{ttcs} = 21{,}6\text{ kW}$, $Q_{ttcs} = 16{,}2\text{ kVAR}$), tổng phụ tải toàn xưởng đạt $S_{ttpx} = 327\text{ kVA}$ và dòng điện làm việc tính toán cực đại $I_{ttpx} = 497\text{ A}$.
3. Đề tài lựa chọn máy biến áp loại nào, dung lượng bao nhiêu và vị trí đặt ở đâu?
Do phân xưởng thuộc hộ tiêu thụ loại 2, tác giả chọn 01 máy biến áp dầu THIBIDI công suất định mức $S_{đmB} = 400\text{ kVA}$ (do Chung Nam chế tạo) kết hợp 01 máy phát điện dự phòng. Trạm biến áp được bố trí bên ngoài phân xưởng, cách công trình 20 m gần tủ MDB và lưới điện quốc gia.
4. Vị trí lắp đặt tủ phân phối chính MDB và các tủ động lực DB1-DB4 được bố trí tại tọa độ nào?
Dựa trên kết quả tính toán tâm phụ tải giải tích và điều kiện thuận tiện thi công:
- Tủ phân phối chính MDB: Đặt tại tọa độ $(57\text{ m}; 15\text{ m})$.
- Tủ động lực nhóm 1 (DB1): Đặt tại tọa độ $(18\text{ m}; 1\text{ m})$ (tâm tải tính toán $X=18\text{ m}, Y=24\text{ m}$).
- Tủ động lực nhóm 2 (DB2): Đặt tại tọa độ $(1\text{ m}; 10\text{ m})$ (tâm tải tính toán $X=13\text{ m}, Y=10\text{ m}$).
- Tủ động lực nhóm 3 (DB3): Đặt tại tọa độ $(38\text{ m}; 1\text{ m})$ (tâm tải tính toán $X=38\text{ m}, Y=25\text{ m}$).
- Tủ động lực nhóm 4 (DB4): Đặt tại tọa độ $(40\text{ m}; 1\text{ m})$ (tâm tải tính toán $X=40\text{ m}, Y=11\text{ m}$).
5. Các phương thức lắp đặt cáp điện hạ áp trong xưởng được thực hiện như thế nào?
Tuyến cáp từ trạm biến áp vào tủ MDB đi trên không dọc tường gắn sứ cách điện; tuyến từ tủ MDB đến các tủ DB đi trên máng cáp treo tường/trần; tuyến từ các tủ DB đến từng động cơ máy móc sử dụng cáp nhiều ruột CVV luồn trong ống chôn ngầm dưới đất; hệ thống chiếu sáng lấy nguồn từ tủ MDB và kéo dây trên máng cáp.
Kết luận
Đồ án môn học "Thiết kế cung cấp điện cho xưởng cơ khí" đã hoàn thành đầy đủ các nội dung tính toán thiết kế kỹ thuật cung cấp điện cho phân xưởng sản xuất 1800 m². Toàn bộ các bước từ phân nhóm phụ tải, xác định tâm phụ tải giải tích, lựa chọn máy biến áp 400 kVA, xây dựng mạng đi dây hình tia, đến tính chọn cáp điện CADIVI và MCCB bảo vệ đều được thực hiện theo đúng phương pháp luận chuyên ngành. Kết quả tính toán cung cấp giải pháp kỹ thuật khả thi, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, an toàn vận hành và tính kinh tế cho nhà xưởng.
