Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa sản xuất, việc trang bị hệ thống máy móc cơ cấu hiện đại với mức độ tự động hóa cao đòi hỏi hệ thống cung cấp điện tương ứng phải đáp ứng nghiêm ngặt các tiêu chuẩn kỹ thuật lẫn chỉ tiêu kinh tế. Hệ thống điện nhà xưởng không chỉ cần bảo đảm tính liên tục, độ tin cậy cung cấp điện và an toàn vận hành mà còn phải tối ưu hóa chi phí đầu tư ban đầu, chi phí vận hành hàng năm và giảm thiểu tổn thất điện năng.

Đồ án tập trung nghiên cứu, tính toán và thiết kế hệ thống cung cấp điện hạ áp cho một phân xưởng sửa chữa cơ khí dựa trên các thông số kỹ thuật của Đề 24, do sinh viên Phạm Nguyễn Minh Tâm và Phan Thái Sơn thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Trương Việt Anh tại Bộ môn Điện công nghiệp, Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh (năm học 2024–2025).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đồ án bao gồm:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống phân phối điện động lực, hệ thống chiếu sáng, trạm biến áp hạ áp, hệ thống bảo vệ ngắn mạch - quá tải, hệ thống bù công suất phản kháng, hệ thống chống sét và nối đất an toàn.
  • Phạm vi không gian: Mặt bằng phân xưởng sửa chữa cơ khí có dạng hình chữ nhật với kích thước chiều dài 54 m, chiều rộng 18 m, chiều cao 7 m; tổng diện tích mặt bằng là $972\text{ m}^2$. Kết cấu nhà xưởng gồm hai mái tôn kẽm, nền xi măng, bố trí 5 cửa ra vào hai cánh (1 cửa chính và 4 cửa phụ). Môi trường làm việc ít bụi, nhiệt độ môi trường trung bình trong phân xưởng là $30^\circ\text{C}$.
  • Phạm vi thời gian và chế độ vận hành: Phân xưởng làm việc 2 ca liên tục trong ngày (Ca 1 từ 06h00 đến 14h00; Ca 2 từ 14h00 đến 22h00).

Mục tiêu và các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được xác lập gồm:

  1. Khảo sát đặc điểm mặt bằng, công nghệ và phân chia phụ tải cơ khí thành các nhóm hợp lý.
  2. Xác định phụ tải tính toán động lực và phụ tải chiếu sáng của phân xưởng.
  3. Tính chọn số lượng, vị trí, chủng loại và dung lượng định mức của máy biến áp phân xưởng.
  4. Xác định tọa độ tâm phụ tải và lựa chọn vị trí lắp đặt tủ phân phối chính (MDB) cùng các tủ động lực (DB).
  5. Vạch và so sánh các phương án đi dây trong mạng điện hạ áp nhà xưởng.
  6. Tính chọn tiết diện dây dẫn, cáp điện theo điều kiện phát nóng và kiểm tra tổn thất điện áp cho phép ($\Delta U \le 5%$).
  7. Tính toán dòng điện ngắn mạch ba pha và lựa chọn các thiết bị đóng cắt, bảo vệ (MCCB, MCB, RCCB).
  8. Tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng và xác định phương án bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số $\cos\varphi$.
  9. Thiết kế hệ thống chiếu sáng phân xưởng (khu sản xuất, phòng KCS, phòng kho).
  10. Thiết kế hệ thống chống sét đánh trực tiếp và hệ thống nối đất bảo vệ an toàn cho nhà xưởng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và tiêu chuẩn áp dụng

  • Lý thuyết tính toán phụ tải điện: Đồ án hệ thống hóa các phương pháp xác định phụ tải tính toán gồm: phương pháp theo hệ số nhu cầu ($K_{nc}$); phương pháp theo suất tiêu hao điện năng trên đơn vị sản phẩm ($a$) hoặc suất phụ tải trên diện tích ($P_0$); phương pháp công suất trung bình và hệ số cực đại ($K_{max}$) thông qua số thiết bị hiệu quả ($n_{hq}$); phương pháp tính trực tiếp theo hệ số sử dụng ($K_u$) và hệ số đồng thời ($K_s$) theo tiêu chuẩn quốc tế IEC 439.
  • Lý thuyết xác định tâm phụ tải: Sử dụng phương pháp mômen tĩnh điện và giải tích tọa độ trọng tâm gắn với công suất định mức của thiết bị để xác định tọa độ hình học tối ưu ($X_I, Y_I$) và bán kính vòng tròn phụ tải ($R_i$).
  • Lý thuyết tính toán ngắn mạch hạ áp: Tính toán dòng ngắn mạch ba pha đối xứng $N^{(3)}$ trên lưới hạ áp có xét đến điện kháng nguồn hệ thống trung thế 22 kV ($S_N = 250\text{ MVA}$), điện trở và điện kháng của máy biến áp quy đổi về phía hạ áp, cùng trở kháng của các đoạn cáp dẫn điện.
  • Tiêu chuẩn kỹ thuật dây cáp và thiết bị: Áp dụng tiêu chuẩn TCVN 5935-1 đối với cáp điện lực hạ thế có giáp bảo vệ ruột đồng bọc cách điện PVC/XLPE của hãng CADIVI; catalog kỹ thuật máy biến áp phân phối ba pha 22/0,4 kV của THIBIDI; catalog khí cụ đóng cắt bảo vệ của hãng ABB (dòng Tmax) và Schneider Electric (dòng ComPacT); cùng tài liệu tham khảo chuyên ngành từ Giáo trình Cung cấp điện của TS. Quyền Huy Ánh.

Phương pháp nghiên cứu và nguồn dữ liệu

  • Phương pháp tính toán giải tích kỹ thuật: Áp dụng các công thức giải tích chuẩn trong kỹ thuật cung cấp điện để tính toán công suất tác dụng ($P$), công suất phản kháng ($Q$), công suất biểu kiến ($S$), dòng điện làm việc cực đại ($I_{lvmax}$), dòng điện mở máy đỉnh nhọn ($I_{đn}$), tổn thất điện áp ($\Delta U$), tổn thất công suất ($\Delta P, \Delta Q$) và dòng ngắn mạch ($I_N$).
  • Phương pháp so sánh, đánh giá phương án kỹ thuật - kinh tế: Phân tích định lượng và định tính giữa các giải pháp bố trí tủ điện và cấu trúc sơ đồ đi dây (hình tia, phân nhánh, hình tia kết hợp phân nhánh) dựa trên tiêu chí sụt áp, độ tin cậy cung cấp điện, chi phí xây lắp và tính thuận tiện trong vận hành sản xuất thực tế.
  • Nguồn dữ liệu: Mặt bằng kiến trúc phân xưởng, bảng danh mục công suất định mức và hệ số công suất của các máy công cụ cơ khí theo thông số Đề 24; các bảng hệ số hiệu chỉnh môi trường, hệ số đi dây và hệ số đồng thời theo tiêu chuẩn TCVN và IEC.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về công trình thiết kế

Chương này mô tả chi tiết quy mô công trình và các yêu cầu thiết kế hệ thống điện. Phân xưởng có kích thước $54\text{ m} \times 18\text{ m} \times 7\text{ m}$, diện tích $972\text{ m}^2$, nhiệt độ trung bình $30^\circ\text{C}$, làm việc 2 ca/ngày. Văn bản nhấn mạnh các yêu cầu thiết kế gồm: kết cấu khung vững chắc, thông thoáng, chống ăn mòn, phòng chống cháy nổ và an toàn cho người vận hành. Tác giả lưu ý nguyên tắc: công suất tiêu thụ thực tế của nhóm máy luôn nhỏ hơn tổng công suất đặt do không phải thiết bị nào cũng làm việc đồng thời hoặc mang tải tối đa; việc lựa chọn phương án cung cấp điện phải bảo đảm sự cân bằng giữa độ tin cậy kỹ thuật và tính kinh tế.

Chương 2: Tính toán phân chia phụ tải

Tác giả phân chia các thiết bị trên mặt bằng thành 4 nhóm phụ tải tương ứng với 4 tủ động lực (DB1, DB2, DB3, DB4) cấp từ 1 tủ phân phối chính (MDB):

  • Nguyên tắc phân nhóm: Các máy có cùng chức năng hoặc ở gần nhau được xếp vào một nhóm, phân bổ đều công suất giữa các nhóm, dòng tải gần với dải định mức của CB chuẩn, và không bố trí thiết bị công suất lớn ở cuối tuyến dây.
  • Tính toán phụ tải động lực từng nhóm: Áp dụng các công thức $S_{\text{tải(đm)}} = P_{\text{đm}}/\cos\varphi$, $S_{\text{tải(tt)}} = S_{\text{tải(đm)}} \times K_{sd}$, $S_{\text{tt(tủ)}} = S_{\text{tải(tt)}} \times K_{đt}$ và dòng điện $I_{tt} = S/(\sqrt{3} \times 0,38)$. Xác định dòng điện đỉnh nhọn mở máy động cơ $I_{đn} = K_{mm} I_{đm(max)} + (I_{tt} - K_{sd} I_{đm(max)})$ cho từng nhóm:
    • Nhóm 1: $I_{đn} = 73,8\text{ A}$ (với $K_{mm} = 3$ do $P_{\text{đm}} < 40\text{ kW}$).
    • Nhóm 2: $I_{đn} = 199\text{ A}$ (với $K_{mm} = 5$).
    • Nhóm 3: $I_{đn} = 94,3\text{ A}$ (với $K_{mm} = 3$).
    • Nhóm 4: $I_{đn} = 93\text{ A}$ (với $K_{mm} = 3$).
  • Phụ tải chiếu sáng: Chọn suất phụ tải $P_0 = 12\text{ W/m}^2$, tính ra công suất chiếu sáng $P_{ttcs} = 0,012 \times 972 = 11,664\text{ kW} \approx 11,7\text{ kW}$; công suất biểu kiến chiếu sáng với $\cos\varphi_{cs} = 0,9$ là $S_{ttcs} \approx 13\text{ kVA}$.
  • Tổng công suất phân xưởng và chọn máy biến áp: Tổng công suất tính toán phân xưởng là $S_{ttpx} \approx 283,1\text{ kVA}$. Phân xưởng là hộ tiêu thụ loại 2, nhận nguồn trung thế 22 kV. Với công suất dự phòng phát triển $20%$ ($S_{\text{dự phòng}} = 56,62\text{ kVA}$), dung lượng yêu cầu $S_{đmMBA} \ge 339,73\text{ kVA}$. Tác giả chọn 1 máy biến áp 3 pha THIBIDI dung lượng $400\text{ kVA}$, tỷ số $22/0,4\text{ kV}$ ($P_0 = 433\text{ W}, I_0 = 2%, U_k% = 4 \div 6%$, kích thước $1400 \times 1400 \times 1060\text{ mm}$, tổng trọng lượng $2080\text{ kg}$).
  • Tâm phụ tải và vị trí tủ điện: Tính tọa độ trọng tâm phụ tải cho từng nhóm và toàn xưởng theo công thức $X_I, Y_I$ và bán kính vòng tròn phụ tải $R = \sqrt{S/(\pi m)}$ ($m = 0,01\text{ kVA/mm}^2$). So sánh 4 phương án bố trí tủ điện và quyết định chọn Phương án 4 (đặt MDB sát tường, các tủ DB sát tường cạnh cửa ra vào) nhằm không cản trở lối đi lại, thông thoáng và thuận tiện sửa chữa, dù có độ lệch nhỏ so với tâm lý thuyết.

Chương 3: Tính chọn phương án đi dây cho phân xưởng

Tác giả phân tích ưu - nhược điểm của các cấu trúc mạng điện hạ áp:

  • Sơ đồ hình tia: Độ tin cậy cao, vận hành và bảo trì đơn giản nhưng vốn đầu tư cao.
  • Sơ đồ phân nhánh: Chi phí thấp nhưng sụt áp lớn ở cuối tuyến và độ tin cậy thấp.
  • Sơ đồ hình tia phân nhánh: Kết hợp linh hoạt cho các quy mô phụ tải khác nhau.

Phương án được chọn cho phân xưởng:

  • Tuyến từ trạm biến áp đến tủ MDB và từ tủ MDB đến 4 tủ động lực (DB1–DB4) cùng tủ chiếu sáng: Sử dụng sơ đồ hình tia, cáp được đặt trên máng cáp.
  • Tuyến từ các tủ động lực đến từng động cơ máy móc: Cáp được chôn ngầm trong đất, luồn trong ống nhựa cứng PVC chuyên dụng để bảo đảm an toàn cơ học, giảm tổn thất và giữ mỹ quan công nghiệp.

Chương 4: Tính chọn dây dẫn và khí cụ điện bảo vệ

  • Chọn tiết diện cáp dẫn: Lựa chọn cáp đồng CADIVI theo điều kiện phát nóng ($I_{cp} \ge I_{tt} / K_{hc}$) và kiểm tra tổn thất điện áp:
    • Tuyến từ TBA về tủ MDB: Chọn cáp ngầm 4 lõi CVV/DSTA-3x400+1x240 $\text{mm}^2$, $l = 20\text{ m}$, $I_{cp} = 600\text{ A}$ (dòng tính toán $I_{ttMDB} = 533,34\text{ A}$).
    • Tuyến MDB $\rightarrow$ DB1: Cáp CVV/DSTA-3x16+1x10 $\text{mm}^2$, $l = 43,4\text{ m}$, $I_{cp} = 119\text{ A}$.
    • Tuyến MDB $\rightarrow$ DB2: Cáp CVV/DSTA-3x95+1x50 $\text{mm}^2$, $l = 0,44\text{ m}$, $I_{cp} = 297\text{ A}$.
    • Tuyến MDB $\rightarrow$ DB3: Cáp CVV/DSTA-3x50+1x25 $\text{mm}^2$, $l = 4,82\text{ m}$, $I_{cp} = 203\text{ A}$.
    • Tuyến MDB $\rightarrow$ DB4: Cáp CVV/DSTA-3x70+1x35 $\text{mm}^2$, $l = 49,58\text{ m}$, $I_{cp} = 248\text{ A}$.
    • Tuyến từ các tủ DB đến động cơ: Sử dụng cáp đồng 4 lõi CVV luồn ống PVC ngầm.
  • Kiểm tra sụt áp: Kiểm tra trên tuyến xa nhất và tải nặng nhất (từ TBA $\rightarrow$ MDB $\rightarrow$ DB4 $\rightarrow$ động cơ số 12 có $l = 16,4\text{ m}$), kết quả độ sụt áp tổng đều nằm trong giới hạn cho phép $\Delta U < 5% U_{đm}$.
  • Tính toán ngắn mạch và chọn CB bảo vệ:
    • Nguồn trung thế: $S_N = 250\text{ MVA} \Rightarrow X_{HT} = 1,6 \times 10^{-3}\text{ m}\Omega$.
    • Máy biến áp $400\text{ kVA}$: $X_{MBA} = 16\text{ m}\Omega$, $R_{MBA} = 3,82\text{ m}\Omega \Rightarrow Z_{MBA} = 16,44\text{ m}\Omega$.
    • Ngắn mạch tại thanh cái TBA (điểm đặt MCCB0): $I_N^{(3)} = 14,04\text{ kA}$.
    • Ngắn mạch tại thanh cái tủ MDB (điểm đặt MCCB1): Tổng trở $Z_0 = 17,66\text{ m}\Omega \Rightarrow I_N^{(3)} = 13,07\text{ kA}$.
    • Lựa chọn MCCB0 và MCCB1: Chọn MCCB ABB Tmax mã hiệu T5N630TMAW-4 ($4\text{P}, I_{đm} = 630\text{ A}, U_{đm} = 690\text{ V}, I_{cu} = 54\text{ kA}$, dòng chỉnh định nhiệt $I_r = 600\text{ A}$, dòng cắt từ trễ $I_m = 3000\text{ A}$).
    • Ngắn mạch tại tủ DB2: $I_N^{(3)} = 10,34\text{ kA}$. Chọn MCCB tổng tủ DB2 và MCCB nhánh tại MDB là MCCB Schneider ComPacT ($4\text{P}, I_{đm} = 160\text{ A}, I_{cu} = 16\text{ kA}$, trip nhiệt $I_r = 280\text{ A}$, cắt từ $I_m = 2800\text{ A}$).
    • Bảo vệ động cơ: Sử dụng các MCB gắn tại tủ động lực; không cần kiểm tra khả năng cắt ngắn mạch cho MCB động cơ do ở xa nguồn.

Chương 5: Tính tổn thất công suất và bù hệ số công suất của phân xưởng

Chương này xác định tổn thất công suất trong máy biến áp ($\Delta P_{MBA}, \Delta Q_{MBA}$) và trên toàn bộ các tuyến dây từ trạm biến áp đến tủ MDB, từ MDB đến các tủ DB, và từ tủ DB đến các động cơ. Đồng thời, tác giả tính toán tổn thất điện năng $\Delta A$ trong năm của phân xưởng. Nhằm giảm tổn hao điện năng và nâng cao hiệu quả kinh tế, đồ án đưa ra giải pháp kết hợp giữa bù tự nhiên (sắp xếp quy trình vận hành hợp lý, tránh để động cơ chạy không tải) và bù nhân tạo (sử dụng tụ bù tĩnh hạ áp tại thanh cái tủ phân phối chính MDB) để nâng cao hệ số công suất $\cos\varphi$.

Chương 6: Thiết kế chiếu sáng

Trình bày các đại lượng kỹ thuật ánh sáng và lựa chọn hệ chiếu sáng phù hợp cho môi trường gia công cơ khí. Tiến hành tính toán chiếu sáng chi tiết cho 3 khu vực chức năng:

  1. Toàn bộ khu vực sản xuất phân xưởng ($972\text{ m}^2$).
  2. Phòng kiểm tra chất lượng sản phẩm (KCS).
  3. Phòng kho chứa vật tư và phụ tùng.

Nội dung bao gồm xác định công suất phụ tải chiếu sáng, vạch phương án đi dây độc lập cấp từ tủ chiếu sáng riêng biệt, tính chọn tiết diện dây dẫn và MCB bảo vệ cho từng nhánh đèn.

Chương 7: Thiết kế hệ thống chống sét và nối đất của phân xưởng cơ khí

  • Chống sét trực tiếp: Phân loại cấp bảo vệ công trình cho nhà xưởng kích thước $54\text{ m} \times 18\text{ m} \times 7\text{ m}$. Thiết kế hệ thống chống sét đánh trực tiếp sử dụng nhóm cột thu lôi kim Franklin, tính toán phạm vi bảo vệ của nhóm cột thu sét (xét nhóm cột 1-2-6-7) bao trùm toàn bộ diện tích mái nhà xưởng.
  • Hệ thống nối đất: Thiết kế mạng nối đất an toàn kết hợp tiếp địa chống sét, tính toán số lượng cọc tiếp địa, khoảng cách đóng cọc và liên kết thanh nối đất để đạt trị số điện trở nối đất $R_{nđ}$ an toàn theo quy chuẩn kỹ thuật.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật chính

Hệ thống các thông số và thiết bị được tính toán, lựa chọn cho phân xưởng cơ khí Đề 24 được tổng hợp trong bảng dưới đây:

Hạng mục thiết kế Thông số / Thiết bị được chọn Căn cứ tính toán & Quy cách kỹ thuật
Quy mô mặt bằng $54\text{ m} \times 18\text{ m} \times 7\text{ m}$ ($F = 972\text{ m}^2$) Môi trường $30^\circ\text{C}$, 2 ca/ngày, 5 cửa ra vào
Phụ tải chiếu sáng $P_{ttcs} = 11,7\text{ kW}; S_{ttcs} \approx 13\text{ kVA}$ Suất phụ tải $P_0 = 12\text{ W/m}^2$, $\cos\varphi = 0,9$
Phụ tải toàn xưởng $S_{ttpx} \approx 283,1\text{ kVA}$ 4 nhóm động lực + chiếu sáng, $K_{đt} = 0,9$
Máy biến áp 1 máy biến áp THIBIDI $400\text{ kVA}$ Tỷ số $22/0,4\text{ kV}$, dự phòng $20%$ ($339,73\text{ kVA}$)
Cáp cấp nguồn MDB CADIVI CVV/DSTA-3x400+1x240 $\text{mm}^2$ Cáp ngầm PVC, $l = 20\text{ m}, I_{cp} = 600\text{ A}$
Cáp cấp tủ DB1 CADIVI CVV/DSTA-3x16+1x10 $\text{mm}^2$ Máng cáp, $l = 43,4\text{ m}, I_{cp} = 119\text{ A}$
Cáp cấp tủ DB2 CADIVI CVV/DSTA-3x95+1x50 $\text{mm}^2$ Máng cáp, $l = 0,44\text{ m}, I_{cp} = 297\text{ A}$
Cáp cấp tủ DB3 CADIVI CVV/DSTA-3x50+1x25 $\text{mm}^2$ Máng cáp, $l = 4,82\text{ m}, I_{cp} = 203\text{ A}$
Cáp cấp tủ DB4 CADIVI CVV/DSTA-3x70+1x35 $\text{mm}^2$ Máng cáp, $l = 49,58\text{ m}, I_{cp} = 248\text{ A}$
Ngắn mạch tại TBA $I_N^{(3)} = 14,04\text{ kA}$ Trở kháng nguồn $S_N = 250\text{ MVA}, Z_{MBA} = 16,44\text{ m}\Omega$
Ngắn mạch tại MDB $I_N^{(3)} = 13,07\text{ kA}$ Tổng trở ngắn mạch $Z_0 = 17,66\text{ m}\Omega$
MCCB tổng TBA & MDB ABB Tmax T5N630TMAW-4 $4\text{P}, I_{đm} = 630\text{ A}, I_{cu} = 54\text{ kA}, I_r = 600\text{ A}$
MCCB tủ nhánh & DB2 Schneider ComPacT $4\text{P}, I_{đm} = 160\text{ A}, I_{cu} = 16\text{ kA}, I_r = 280\text{ A}$

Giải pháp và đóng góp của đồ án

  • Thiết lập quy trình thiết kế hoàn chỉnh và nhất quán cho hệ thống cung cấp điện nhà xưởng công nghiệp từ khâu phân nhóm phụ tải, tính phụ tải đỉnh nhọn, chọn máy biến áp đến tính toán bảo vệ ngắn mạch và kiểm tra sụt áp.
  • Đưa ra giải pháp bố trí tủ điện và phương án đi dây kết hợp hợp lý: cáp nguồn chính đi trên máng cáp treo tường, cáp cấp động cơ đi ngầm trong ống nhựa PVC dưới nền bê tông, vừa bảo đảm an toàn cơ học vừa tối ưu không gian vận hành cho xưởng cơ khí.
  • Lựa chọn thiết bị đóng cắt và dây dẫn bám sát các sản phẩm thương mại thực tế tại Việt Nam (CADIVI, THIBIDI, ABB, Schneider), đáp ứng đầy đủ điều kiện kỹ thuật và có tính khả thi trong lắp đặt thực tiễn.

Hạn chế và phạm vi áp dụng

  • Hạn chế về dữ liệu đồ thị phụ tải: Do không có biểu đồ phụ tải thực tế theo giờ và theo mùa của xưởng sản xuất, dung lượng máy biến áp được chọn dựa trên công suất tính toán tức thời cộng hệ số dự phòng mở rộng $20%$ thay vì áp dụng phương pháp đồ thị phụ tải đẳng trị hay phương pháp quá tải cho phép $3%$.
  • Mức độ chi tiết trong tính toán ngắn mạch: Tác giả tập trung tính toán ngắn mạch chi tiết tại thanh cái trạm biến áp, tủ MDB và tủ nhánh đại diện có tải nặng nhất (DB2), sau đó chuẩn hóa lựa chọn thiết bị đóng cắt cho các tủ còn lại theo cấp tương đương.
  • Phạm vi áp dụng: Kết quả tính toán và sơ đồ nguyên lý được thiết kế chuyên biệt cho phụ tải loại 2 của phân xưởng sửa chữa cơ khí quy mô $972\text{ m}^2$ với lưới điện hạ áp $380/220\text{ V}$, cấp điện áp trung thế đầu vào $22\text{ kV}$.

Giá trị tham khảo

  • Tài liệu học tập và nghiên cứu: Đồ án là tài liệu tham khảo chi tiết cho sinh viên ngành Kỹ thuật Điện, Điện công nghiệp và Hệ thống điện khi thực hiện đồ án môn học Cung cấp điện hoặc đồ án tốt nghiệp thiết kế điện nhà xưởng.
  • Mô hình tính toán thực tế: Cung cấp đầy đủ các biểu thức toán học, trình tự tra bảng hệ số đồng thời (IEC 439), hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ/môi trường của cáp điện lực và phương pháp tính dòng ngắn mạch hạ áp thực tế có xét đến trở kháng dây dẫn và máy biến áp.
  • Phần nội dung giá trị nhất: Chương 2 (phân nhóm phụ tải và tính dòng đỉnh nhọn mở máy động cơ) cùng Chương 4 (tính toán ngắn mạch và phối hợp chọn định mức bảo vệ MCCB phân tầng).

Câu hỏi thường gặp

1. Phân xưởng cơ khí trong đồ án có quy mô diện tích, đặc điểm kiến trúc và chế độ vận hành như thế nào?
Phân xưởng có dạng hình chữ nhật với kích thước chiều dài 54 m, chiều rộng 18 m, chiều cao 7 m (tổng diện tích $972\text{ m}^2$). Nhà xưởng lợp hai mái tôn kẽm, nền xi măng, có 5 cửa ra vào hai cánh (1 cửa chính, 4 cửa phụ). Môi trường làm việc ít bụi, nhiệt độ trung bình $30^\circ\text{C}$, vận hành 2 ca/ngày (Ca 1: 06h00–14h00; Ca 2: 14h00–22h00).

2. Tại sao tác giả lựa chọn 1 máy biến áp 400 kVA của THIBIDI cho phân xưởng?
Phân xưởng thuộc hộ phụ tải loại 2 nên chỉ cần trang bị 1 máy biến áp nhận nguồn 22 kV. Tổng công suất biểu kiến tính toán toàn xưởng là $S_{ttpx} \approx 283,1\text{ kVA}$. Xét thêm $20%$ công suất dự phòng phát triển trong tương lai 3–10 năm ($56,62\text{ kVA}$), dung lượng yêu cầu là $S_{đmMBA} \ge 339,73\text{ kVA}$. Do đó, máy biến áp 3 pha THIBIDI $400\text{ kVA}$ ($22/0,4\text{ kV}$) được lựa chọn để bảo đảm vận hành an toàn và kinh tế.

3. Vì sao tác giả chọn Phương án 4 để bố trí các tủ điện thay vì đặt ngay tại tâm phụ tải lý thuyết?
Mặc dù đặt tủ điện tại tâm phụ tải lý thuyết giúp giảm thiểu chi phí dây dẫn và sụt áp, nhưng trong điều kiện nhà xưởng cơ khí có mật độ máy móc dày đặc, Phương án 4 (đặt tủ MDB sát tường, các tủ động lực DB sát tường cạnh cửa ra vào) được chọn nhằm không cản trở lối đi lại, bảo đảm thông thoáng và thuận tiện cho công tác vận hành, sửa chữa, trong khi vẫn thỏa mãn điều kiện kỹ thuật tổn thất điện áp $\Delta U < 5% U_{đm}$.

4. Tuyến cáp từ trạm biến áp đến tủ phân phối chính MDB được thiết kế và tính chọn như thế nào?
Tuyến cáp dài 20 m, đi ngầm trong đất ở độ sâu 50 cm và luồn trong ống nhựa cứng PVC chuyên dụng. Cáp được chọn là loại cáp đồng hạ thế có giáp bảo vệ CADIVI mã hiệu CVV/DSTA-3x400+1x240 $\text{mm}^2$, có dòng cho phép hiệu chỉnh $I_{cp} = 600\text{ A}$, đáp ứng dòng điện tính toán cực đại của toàn phân xưởng là $I_{ttMDB} = 533,34\text{ A}$.

5. Giá trị dòng ngắn mạch ba pha tại thanh cái TBA và tủ MDB là bao nhiêu, và thiết bị bảo vệ nào được chỉ định?
Dòng ngắn mạch ba pha $I_N^{(3)}$ tại thanh cái trạm biến áp là $14,04\text{ kA}$ và tại thanh cái tủ MDB là $13,07\text{ kA}$. Thiết bị được chọn cho vị trí MCCB0 (tại TBA) và MCCB1 (tổng MDB) là MCCB ABB Tmax T5N630TMAW-4 ($4\text{P}, I_{đm} = 630\text{ A}, U_{đm} = 690\text{ V}$, khả năng cắt $I_{cu} = 54\text{ kA}$, dòng chỉnh định nhiệt $I_r = 600\text{ A}$, dòng cắt từ trễ $I_m = 3000\text{ A}$).

Kết luận

Đồ án "Thiết kế điện công nghiệp - Điện nhà xưởng theo thông số Đề 24" đã giải quyết trọn vẹn và bài bản bài toán cung cấp điện cho phân xưởng cơ khí diện tích $972\text{ m}^2$. Công trình hoàn thành đầy đủ các nội dung kỹ thuật từ phân nhóm phụ tải, lựa chọn trạm biến áp THIBIDI 400 kVA, thiết kế mạng cáp hạ áp hình tia đi ngầm và trên máng, tính toán ngắn mạch lựa chọn khí cụ bảo vệ ABB/Schneider, đến thiết kế hệ thống chiếu sáng, chống sét kim Franklin và tiếp địa an toàn. Bản thuyết minh là tài liệu kỹ thuật có tính hệ thống cao, bảo đảm sự hài hòa giữa độ tin cậy kỹ thuật và hiệu quả kinh tế trong thiết kế điện công nghiệp.