I. Tổng quan về hệ thống cung cấp điện cho nhà máy
Hệ thống cung cấp điện là một trong những yếu tố quan trọng nhất trong quá trình xây dựng và vận hành nhà máy sản xuất. Đối với nhà máy chế tạo vòng bi, việc thiết kế một mạng điện hiệu quả không chỉ đảm bảo cấp điện liên tục cho các máy móc mà còn đảm bảo an toàn cho toàn bộ hoạt động sản xuất. Hệ thống này bao gồm các khâu phát điện, truyền tải và phân phối điện năng đến từng phân xưởng. Nguồn điện chính được lấy từ hệ thống điện quốc gia thông qua một trạm biến áp khu vực, cách nhà máy 15 km. Nhà máy được xếp vào hạng I với yêu cầu cấp điện liên tục, hoạt động theo chế độ 3 ca với công suất cực đại khoảng 5000 giờ/năm. Việc lập kế hoạch cung cấp điện phải dựa trên phân tích chi tiết quy mô toàn nhà máy, từ đó đến từng phân xưởng kèm theo đặc điểm công nghệ cụ thể.
1.1. Cấu trúc và quy mô nhà máy chế tạo vòng bi
Nhà máy chế tạo vòng bi được thiết kế với quy mô lớn bao gồm 11 phân xưởng chính. Các phân xưởng này được chia thành nhiều bộ phận chuyên biệt như: phòng thí nghiệm, các phân xưởng sản xuất, phân xưởng sửa chữa cơ khí, lò ga, bộ phận nén khí và trạm bơm. Tổng công suất đặt của nhà máy đạt hơn 22.000 kW. Diện tích sản xuất rộng với đặc điểm là cần nhiều phân xưởng và dây chuyền công nghệ lớn để đáp ứng nhu cầu sản xuất liên tục và hiệu quả.
1.2. Tầm quan trọng của điện năng trong sản xuất
Điện năng là nguồn năng lượng chính phục vụ cho quá trình hiện đại hóa công nghiệp. Trong nhà máy chế tạo vòng bi, điện được sử dụng để vận hành các máy tiện, máy phay, máy mài, thiết bị cao tần, máy nén khí và các hệ thống quạt giã. Sản phẩm vòng bi có ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp, công nghiệp và giao thông vận tải, do đó đòi hỏi cung cấp điện phải ổn định, an toàn và hiệu quả để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
II. Xác định phụ tải và tính toán công suất
Xác định phụ tải tính toán là bước đầu tiên và quan trọng nhất trong thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy. Công suất đặt của nhà máy được xác định từ danh sách thiết bị chi tiết trong mỗi phân xưởng, bao gồm các máy tiện ren, máy phay, máy mài, thiết bị đo lường và hệ thống quạt giã. Quá trình tính toán phải tính đến hệ số sử dụng, hệ số đồng thời và hệ số mất mát. Phân xưởng sửa chữa cơ khí có công suất 900 kW, phòng thí nghiệm 120 kW, trong khi các phân xưởng sản xuất chính từ 2.500 đến 4.000 kW. Tổng phụ tải tính toán của toàn nhà máy được sử dụng để chọn dung lượng trạm biến áp, thiết kế mạng điện cao áp và hạ áp.
2.1. Danh sách thiết bị và công suất từng phân xưởng
Các thiết bị chính trong phân xưởng sửa chữa cơ khí bao gồm máy tiện ren công suất 7-10 kW, máy doa tọa độ 2 kW, máy mài phẳng 2.9 kW, máy nén khí 45 kW và các thiết bị đo lường. Phòng thí nghiệm được trang bị thiết bị cao tần công suất 80 kW và máy đo bi công suất 23 kW. Các phân xưởng sản xuất chính có công suất từ 2.500-4.000 kW, lò ga 400 kW, bộ phận nén khí 600 kW và trạm bơm 200 kW.
2.2. Phương pháp tính toán phụ tải tính toán
Phụ tải tính toán được xác định bằng công thức: Pp = Σ(Pđặt × Ksd × Kđt)/Kbh, trong đó Ksd là hệ số sử dụng, Kđt là hệ số đồng thời, Kbh là hệ số hiệu suất. Nhà máy hoạt động 3 ca với thời gian sử dụng công suất cực đại 5000 giờ/năm. Công suất phản kháng được tính toán để nâng cao hệ số công suất của nhà máy lên 0,95.
III. Thiết kế mạng điện cao áp và hạ áp
Mạng điện cao áp cho nhà máy được thiết kế với điện áp trung bình từ 6-10 kV, nhận nguồn từ trạm biến áp khu vực cách nhà máy 15 km qua đường dây trên không lồi kép. Dung lượng ngắn mạch tính toán là 250 MVA. Mạng điện được chia thành các mạch chính, mỗi mạch cấp cho một nhóm phân xưởng, có thiết bị cắt và bảo vệ tương ứng. Mạng điện hạ áp 380V/220V được thiết kế để phân phối điện đến từng phân xưởng và bộ phận. Hệ thống này sử dụng các tủ điện phân phối, các thiết bị cắt ngắn mạch có độ chọn lựa cao, đảm bảo an toàn và tính liên tục cấp điện. Các phân xưởng thuộc hạng I yêu cầu cấp điện liên tục từ 2 nguồn độc lập.
3.1. Thiết kế mạng điện cao áp
Mạng điện cao áp được thiết kế dạng xuyên tâm từ trạm biến áp chính. Có ít nhất 2 mạch cấp điện với cấu trúc sao kết nối với các tủ điện cao áp tại các phân xưởng chính. Mỗi mạch được trang bị công tắc tải có độ cách ly, thiết bị bảo vệ quá dòng, đất động. Cáp điện được chọn theo tính toán điện, nhiệt độ và độ sụt áp không vượt 3%.
3.2. Thiết kế mạng điện hạ áp
Mạng điện hạ áp sử dụng cấu trúc tập trung-phân tán, với tủ điện chính tại nhà máy và các tủ phân phối tại từng phân xưởng. Các tủ được trang bị các aptomat chọn lựa cao, rơ le bảo vệ điện tử. Hệ thống tiếp địa được thiết kế theo yêu cầu với điện trở tiếp địa ≤ 4Ω, đảm bảo an toàn cho người lao động.
IV. Hệ thống chiếu sáng và bù công suất phản kháng
Hệ thống chiếu sáng cho nhà máy được thiết kế riêng cho từng phân xưởng dựa trên diện tích và yêu cầu công việc. Phân xưởng sửa chữa cơ khí với diện tích 900 m² được thiết kế với độ chiếu sáng 300 lux sử dụng đèn huỳnh quang công suất thích hợp. Các phân xưởng sản xuất khác có độ chiếu sáng từ 150-200 lux. Bù công suất phản kháng được thực hiện bằng cách lắp các tụ bù trên các tủ điện, nhằm nâng cao hệ số công suất của nhà máy từ giá trị hiện tại lên 0,95. Điều này giúp giảm tổn hao điện năng, giảm chi phí điện và tăng hiệu suất vận hành của nhà máy. Các thiết bị bù được kiểm tra, bảo dưỡng định kỳ để đảm bảo hiệu quả hoạt động.
4.1. Thiết kế hệ thống chiếu sáng chung
Chiếu sáng được thiết kế theo tiêu chuẩn an toàn lao động với độ chiếu sáng phù hợp từng khu vực: 300 lux cho khu vực chính xác cao (phân xưởng sửa chữa), 150-200 lux cho các khu vực sản xuất thông thường. Sử dụng đèn huỳnh quang tiết kiệm điện, lắp trên các thanh ray cấp điện riêng. Hệ thống chiếu sáng khẩn cấp được lắp tại các cửa thoát hiểm với nguồn từ ắc quy dự phòng.
4.2. Tính toán và lắp đặt thiết bị bù công suất
Công suất phản kháng cần bù được tính toán từ công suất biểu kiến và hệ số công suất hiện tại. Công suất bù = S×(tanφ₁ - tanφ₂). Các tụ bù được lắp trên các tủ điện chính và phân phối, bao gồm cả tụ bù tự động điều chỉnh. Bảo trì định kỳ kiểm tra điều kiện hoạt động, điện áp tụ, nhiệt độ để đảm bảo an toàn và hiệu quả.