Đồ án thiết kế cung cấp điện phân xưởng sửa chữa - ĐH SPKT TPHCM

Tổng hợp đồ án cung cấp điện xưởng điện Đại học Sư phạm Kỹ thuật chi tiết. Tài liệu bao gồm tính toán phụ tải, chọn máy biến áp và thiết bị bảo vệ.

• Tác giả: Nguyễn Thành Tài
• Người hướng dẫn: ThS. Lê Công Thành
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM
• Chuyên ngành: Điện công nghiệp
• Đề tài: Thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng sửa chữa điện
• Loại tài liệu: Đồ án môn học
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về đồ án cung cấp điện xưởng sửa chữa điện

Đồ án cung cấp điện cho xưởng sửa chữa điện tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM là nhiệm vụ quan trọng trong đào tạo ngành Điện - Điện tử. Mục tiêu chính là thiết kế hệ thống cấp điện an toàn, hiệu quả cho phân xưởng hoạt động sản xuất, sửa chữa thiết bị điện. Đồ án bao gồm tính toán phụ tải, lựa chọn thiết bị bảo vệ, thiết kế mạng điện chiếu sáng và động lực. Quy trình thực hiện dựa trên tiêu chuẩn kỹ thuật ngành điện, đảm bảo tuân thủ quy định an toàn PCCC và tiết kiệm năng lượng. Kết quả đạt được là hệ thống cấp điện ổn định, đáp ứng nhu cầu sản xuất và nghiên cứu.

1.1. Mục tiêu và phạm vi đồ án

Đồ án nhằm mục đích cung cấp giải pháp cung cấp điện toàn diện cho xưởng sửa chữa điện, bao gồm tính toán phụ tải động lực, chiếu sáng, thông gió và hệ thống bảo vệ. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào phân xưởng có diện tích khoảng 200m² với trang thiết bị đa dạng như máy hàn, máy khoan, hệ thống điều hòa. Yêu cầu kỹ thuật bao gồm hệ số công suất cosφ ≥ 0.85, tổn thất điện áp ≤ 5%, đảm bảo hoạt động ổn định 24/7. Giải pháp thiết kế phải tương thích với hạ tầng hiện có của trường.

1.2. Cơ sở lý thuyết và tiêu chuẩn áp dụng

Đồ án tuân thủ tiêu chuẩn TCVN 9208:2012 về thiết kế hệ thống điện công nghiệp và TCXDVN 374:2006 về chiếu sáng. Phương pháp tính toán phụ tải sử dụng hệ số đồng thời Ku và hệ số nhu cầu Ks theo giáo trình Cung cấp điện của Bộ môn Điện Công nghiệp. Hệ thống bảo vệ lựa chọn dựa trên tiêu chuẩn IEC 60947, đảm bảo khả năng ngắt mạch nhanh khi sự cố. Tính toán tụ bù nâng cao hệ số công suất dựa trên biểu đồ phụ tải ngày đêm.

II. Phân tích nhu cầu phụ tải và vấn đề tồn tại

Phân tích phụ tải là bước quan trọng xác định nhu cầu điện năng của xưởng. Dữ liệu thu thập từ khảo sát thực tế gồm 12 máy hàn (3kW mỗi máy), 8 máy khoan (1.5kW), 20 bóng đèn chiếu sáng 54W, hệ thống điều hòa 15kW. Phụ tải động lực chiếm 65% tổng công suất, chiếu sáng 15%, thông gió 20%. Vấn đề chính là hệ số công suất thấp (cosφ ≈ 0.72), gây tổn thất điện năng 12-15% và nguy cơ quá tải biến áp. Ngoài ra, hệ thống phân phối cũ sử dụng dây dẫn tiết diện nhỏ, dẫn đến sụt áp 8-10% tại phụ tải xa.

2.1. Xác định phụ tải tính toán

Phụ tải tính toán được xác định bằng phương pháp hệ số nhu cầu: Ptt = Ku × Pđm × n. Hệ số Ku = 0.6 cho máy hàn, 0.7 cho máy khoan, 1.0 cho chiếu sáng. Phụ tải chiếu sáng 20 × 54W = 1.08kW, phụ tải động lực 12 × 3kW + 8 × 1.5kW = 48kW. Tổng phụ tải 1 giờ cao điểm đạt 55kW, 1 giờ thấp điểm 25kW. Tâm phụ tải xác định tại vị trí trung tâm xưởng (tọa độ x=10m, y=8m) nhằm tối ưu hóa mạng phân phối.

2.2. Đánh giá hệ thống điện hiện hữu

Hệ thống hiện tại sử dụng biến áp 100kVA cũ, đã hoạt động 15 năm. Tủ điện phân phối chính sử dụng CB 63A không đáp ứng dòng ngắn mạch. Dây dẫn từ biến áp đến tủ chính là cáp nhôm 3×50mm², gây tổn thất điện áp 6% tại phụ tải xa. Hệ thống chiếu sáng sử dụng bóng đèn huỳnh quang cũ, hiệu suất chiếu sáng thấp. Không có hệ thống bù công suất phản kháng, dẫn đến tiền điện hao phí do cosφ thấp.

III. Giải pháp thiết kế hệ thống cung cấp điện

Giải pháp đề xuất bao gồm lắp đặt biến áp mới 160kVA, hệ thống phân phối hình tia với cáp đồng 3×95mm². Tủ phân phối chính sử dụng CB 125A loại D, tích hợp rơ-le bảo vệ quá tải và ngắn mạch. Hệ thống chiếu sáng nâng cấp sử dụng đèn LED 20W, hệ số công suất 0.95. Tụ bù 20kVAr được lắp đặt tại tủ chính để nâng cosφ lên 0.92. Hệ thống thông gió sử dụng quạt công nghiệp 5kW, điều khiển tự động. Toàn bộ thiết bị tuân thủ tiêu chuẩn IEC 61439.

3.1. Lựa chọn thiết bị chính

Biến áp dry-type 160kVA 22/0.4kV, tổn thất không tải 0.25kW, tổn thất có tải 2.1kW. Tủ phân phối chính MDB sử dụng CB 125A 6kA, tủ động lực DB1-4 sử dụng CB 25-63A. Dây dẫn từ biến áp đến MDB là cáp XLPE 3×95mm², chịu tải 170A. Hệ thống chiếu sáng sử dụng cáp 3×2.5mm², CB 16A. Tụ bù 20kVAr 400V, lắp đặt tại tủ MDB, điều khiển tự động theo cosφ.

3.2. Phương án đi dây và bảo vệ

Mạng điện sử dụng sơ đồ hình tia phân nhánh, giảm chi phí lắp đặt 25% so với sơ đồ vòng. Dây dẫn đi ngầm trong ống PVC, độ sâu chôn 0.8m. Bảo vệ chống sét sử dụng SPD 20kA loại 2, lắp đặt tại đầu vào MDB. Bảo vệ quá dòng sử dụng CB có đặc tuyến C, ngắt trong 0.1s khi dòng sự cố 6kA. Bảo vệ chống giật RCD 30mA cho hệ thống chiếu sáng. Toàn bộ hệ thống được kiểm tra bằng thiết bị đo điện áp, dòng điện và điện trở cách điện.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn

Đồ án cung cấp giải pháp cung cấp điện toàn diện, nâng cao hiệu quả hoạt động xưởng sửa chữa điện. Hệ thống mới đạt cosφ 0.92, giảm tổn thất điện năng xuống còn 4%, sụt áp kiểm soát dưới 3%. Chi phí đầu tư ước tính 120 triệu đồng, hoàn vốn sau 3 năm nhờ tiết kiệm năng lượng. Giải pháp có thể áp dụng cho các xưởng sản xuất tương tự trong trường. Kết quả nghiên cứu chứng minh tầm quan trọng của việc tính toán phụ tải chính xác và lựa chọn thiết bị phù hợp.

4.1. Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật

Hiệu quả kinh tế thể hiện qua tiết kiệm 15 triệu đồng/năm nhờ nâng cao cosφ. Giảm chi phí sửa chữa thiết bị do hệ thống điện ổn định. Tuổi thọ thiết bị tăng 30% nhờ lựa chọn đúng công suất. Hiệu quả kỹ thuật đạt được là độ tin cậy 99.5%, thời gian ngừng hoạt động do sự cố dưới 1 giờ/năm. Phân tích vòng đời thiết bị (LCC) cho thấy lợi ích lâu dài vượt trội so với chi phí đầu tư ban đầu.

4.2. Khuyến nghị triển khai

Khuyến nghị trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật triển khai ngay đồ án này nhằm nâng cấp hạ tầng điện. Cần đào tạo cán bộ vận hành hệ thống mới, lập quy trình bảo trì định kỳ. Xây dựng kế hoạch đầu tư theo giai đoạn: năm 1 lắp đặt biến áp và hệ thống phân phối, năm 2 nâng cấp chiếu sáng và bù công suất. Mở rộng ứng dụng sang các phân xưởng khác trong trường. Đồ án có thể làm mẫu cho sinh viên ngành Điện - Điện tử trong các nhiệm vụ thiết kế tương tự.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN Phụ tải điện là bất kỳ thiết bị nào tiêu thụ năng lượng điện và biến nó thành một dạng khác. Các thiết bị này sẽ tiêu thụ năng lượng điện dưới dạng dòng điện và biến đổi thành dạng khác. Năng lượng điện thường được biến đổi thành các dạng như ánh sáng, chuyển động hoặc nhiệt điện.

Các loại phụ tải tính toán cho phân xưởng 1.1 Phụ tải chiếu sáng 1.1 Khái niệm chung - Do điều kiện làm việc của phân xưởng, nên có những lúc ánh sáng tự nhiên của mặt trời không đủ hay không còn chiếu sáng cho phân xưởng. Cho nên ta phải thiết kế hệ thống chiếu sáng cho phân xưởng. - Ánh sáng của hệ thống chiếu sáng phát ra phải đáp ứng được nhu cầu làm việc bình thường của con người, đảm bảo được độ rọi theo yêu cầu của công việc và không được quá chói.2 Thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng - Chiều cao treo đèn ( khoảng cách từ trần đến đèn ) là 0.5m - Chiều cao làm việc (từ sàn đến mặt phẳng làm việc ) là 1m - Chiều cao của phân xưởng là 5m => Từ trên tính được độ cao treo đèn tính toán là : Htt = H – ( Hlv-Hđ ) = 5 – (1+0.5m - Độ rọi tối thiểu theo yêu cầu của phân xưởng Emin = 230 [Lx] - Các hệ số phản xạ 1  Hệ số phản xạ trần: ρtr = 50%  Hệ số phản xạ tường: ρt = 30%  Hệ số phản xạ sàn: ρs = 10% a×b 39 × 13 - Chỉ số phòng2: I = = = 2.5 ( 39 + 13 ) - Từ các hệ số phản xạ và chỉ số phòng , tra bảng 10.4 xác định hệ số sử dụng CU: 0.92 - Chọn bộ đèn LED Highbay 80W, Mã PT-HBL-80-N của hãng POTECH:  Công suất đèn 80W, kiểu chóa phản quang tròn, hệ số công suất 0.95, quang thông 10000 Lm, tuổi thọ 50000 giờ 1 Giáo trình Cung cấp điện, bảng 10.TS Quyền Ánh Huy 2 Giáo trình Cung cấp điện, bảng 10.TS Quyền Ánh Huy Trang 3  Do điều kiện làm việc môi trường trung bình: khô ráo, thoáng, ít bụi, sạch; chế độ bảo trì 6 tháng => Hệ số mất ánh sáng LLF3=0.65 E min × axb 230 ×13 × 39 - Tổng quang thông Φt = = = 195000 Lm CU × LLF 0.65 Φ t 195000 - Số bộ đèn cần lắp n = = ≈ 20 bộ đèn Φ 10000 - Phân bố đèn: 20 bộ đèn thành 4 cột và 5 hàng; 5 nhóm đèn, mỗi nhóm 1 hàng, mỗi hàng có 4 bộ đèn - Dựa vào mô phỏng trên phần mềm DIALUX 4.12 được sơ đồ đèn như sau: Hình 1.2 Sơ đồ phân bố đèn trong mặt bằng phân xưởng - Công suất chiếu sáng của phân xưởng: Công suất chiếu sáng của mỗi nhóm đèn: Pnhóm đèn = 4×80 = 320 W Công suất chiếu sáng của phân xưởng: Pphân xưởng = 320×5 = 1600 W 1.3 Thiết kế chiếu sáng cho nhà vệ sinh - Nhà vệ sinh không yêu cầu về độ rọi nên chọn đèn LED BULD (ĐQ LEDBU09) 50W, chống ẩm của Điện Quang có hệ số công suất 0.9 và tuổi thọ 30000 giờ Công suất chiếu sáng của nhà vệ sinh: Pnvs = 20 W 1.2 Phụ tải thông gió và làm mát 1.1 Yêu cầu chung Hệ thống thông gió đạt yêu cầu cần đảm bảo những tiêu chí sau:  Giảm nhiệt hiệu quả luồng không khí đi vào nhà xưởng đồng thời, kiểm soát và duy trì mức nhiệt trong suốt quá trình hoạt động. 3 Giáo trình Cung cấp điện, bảng 10.TS Quyền Ánh Huy Trang 4  Loại bỏ các hóa chất độc hại, khói ô nhiễm đi từ ngoài vào cũng như đẩy hơi ẩm, bụi bẩn trong môi trường làm việc sản sinh ra bên ngoài.

Đảm bảo không gian luôn thoáng mát một cách tự nhiên.  Mức nhiệt phù hợp với cơ thể người lao động, làm mát tự nhiên nhờ hơi nước và khí gió hệ thống làm mát nhà xưởng bằng tấm Cooling pad kết hợp với quạt công nghiệp.  Cung cấp luồng khí sạch và lan tỏa đồng đều trên toàn không gian mà không tạo ra gió lùa.  Sử dụng ổn định, lâu dài và an toàn, không mất những chi phí bảo dưỡng phát sinh không đáng có.

 Giảm bớt các vi khuẩn gây bệnh, tạo không gian làm việc khô ráo, thông thoáng. - Để đảm bảo cho phân xưởng thông thoáng và thoáng mát cần tính được lượng khí lưu thông trao đổi trong phân xưởng và số lượng quạt để làm mát và thông thoáng cho phù hợp, tránh dư thừa lãng phí mà không hiệu quả 1.2 Công thức tính toán Tg = VX Tg N= Q Trong đó: V: Thể tích Xưởng (m3) = Chiều Dài (m) × Rộng (m) × Cao (m) Tg: Tổng lượng không khí cần dùng (m3/h) X: Số lần thay đổi không khí Q: Lưu lượng gió của quạt (m3/h) N: Số quạt cần dùng cho nhà Xưởng.3 Phụ tải thông gió và làm mát V = a × b × H = 39 × 13 × 5 = 2535 m3 X = 60 lần / h - Đặc điểm của xưởng may mặc với lượng nhiệt thừa từ nhiều máy móc, đèn chiếu sáng, bể ngâm nhiệt , số lượng công nhân ,. Để đảm bảo các thông số kỹ thuật thông gió thì số lần tuần hoàn (thay đổi không khí) thích hợp là từ 50 đến 70 lần /h. - Ở đây chọn số lần trao đổi không khí là 60 lần/h tức (là mỗi 1 phút sẽ có một lần thay đổi không khí sạch cho toàn bộ không khí trong xưởng)5 Tg = V × X = 2535 × 60 = 152100 m3/h 4 https://sumitech.vn/xay-dung/thong-gio-nha-xuong/thiet-ke-thong-gio-nha-xuong.html 5 https://thonggiolammat.vn/huong-dan-tinh-toan-thiet-bi-he-thong-thong-gio-lam-mat-cooling-pad.html Trang 5 - Chọn quạt thông gió vuông trực tiếp QV- 074I của hãng Vizanan có: P = 370 W, hệ số công suất 0.9 Chiều dài 700mm, chiều rộng 400 mm, chiều cao 700mm, sải cánh 620mm Tốc độ 960 (v/p), lưu lượng gió 11000 (m3/h)6 Tg 152100 N= = ≈ 14 quạt Q 11000 Công suất thông gió và làm mát: Pttlm = 14 × 370 = 5.3 Sơ đồ phân bố đèn trong mặt bằng phân xưởng 1.3 Phụ tải động lực Bảng 1.2 Thông số phụ tải động lực STT Thiết bị Hệ số sử Cos Công suất định mức của dụng Ku thiết bị P (kW) 1 Bể ngâm dung dịch kiềm 0,8 1 3 2 Bể ngâm nước nóng 0,8 1 4 3 Bể ngâm tăng nhiệt 0,8 1 3.2 6 Máy quấn dây 0,75 0,8 2x1 7 Máy khoan bàn 0,8 0,78 1.net/nghinguyen65/catalogue-qut-ht-cng-nghip-vinazan Trang 6 9 Bàn thử nghiệm 0,7 0,85 6.8 11 Máy hàn 0,7 0,82 4 12 Máy tiện 0,8 0,76 6 13 Máy mài tròn 0,8 0,72 3 14 Cần cẩu điện 0,75 0,8 8 15 Máy bơm nước 0,85 0,84 3 2.

Phân nhóm phụ tải - Ngoài các yêu cầu về mặt kỹ thuật thì ta phải đạt yêu cầu về kinh tế, không nên đặt quá nhiều các nhóm làm việc đồng thời, quá nhiều các tủ động lực như thế sẽ không lợi về kinh tế. - Phân nhóm phụ tải cho phân xưởng dựa vào các yếu tố sau:  Phân nhóm theo chức năng: Các thiết bị trong cùng một nhóm nên có cùng chức năng.  Phân nhóm theo vị tri: Các thiết bị có khu vực gần nhau thì cho một nhóm.  Phân nhóm theo phân bố công suất: chú ý đến phân đều công suất cho các nhóm (tổng công suất của các nhóm gần bằng nhau).

 Dòng tải của từng nhóm gần với dòng tải của CB chuẩn.  Số nhóm không nên quá nhiều: 2, 3 hoặc 4 nhóm.  Trong cùng một tuyến dây cung cấp từ tủ phân phối thì không nên bố trí thiết bị có công suất lớn ở cuối tuyến. = > Việc phân chia nhóm các phụ tải đều có những ưu, nhược điểm riêng nhưng vẫn phải bảo về tính kinh tế cũng như cả về kỹ thuật Kiểu I.

Lắp đặt 3 tủ phân phối phụ: - Ưu điểm: Tủ phân phối ít, tiết kiệm diện tích, dễ đi dây. - Nhược điểm: Không có tính linh hoạt trong việc chọn lựa các thiết bị chung nhóm các chức năng lẫn công suất trong trường hợp có nhiều loại tải có chức năng và công suất khác nhau. Ngoài ra, mỗi tủ phân phối phụ phải khác phải gánh tải thay nên lúc này chi phí đầu tư cần nhiều hơn. Lắp đặt 4 tủ phân phối phụ: - Ưu điểm: Có tính linh hoạt trong việc chọn nhóm các thiết bị có chung chức năng hoặc nhóm các thiết bị có công suất gần bằng nhau.

Từ đó khi thiết kế chọn CB, chọn cáp sẽ dễ dàng hơn vì công suất mỗi tủ xấp xỉ nhau. Và còn có thể điều khiển, cung cấp điện hiệu quả hơn. - Nhược điểm: Lắp nhiều tủ tốn diện tích và chi phí. Lắp đặt 5 tủ phân phối phụ: Trang 7 - Ưu điểm: Trong trường hợp có rất nhiều phụ tải có chức năng và công suất khác nhau thì có thể chọn, phân nhóm phụ tải linh hoạt và điều khiển, cung cấp điện cho phụ tải hiệu quả hơn kiểu II.

- Nhược điểm: Lắp đặt nhiều tủ gây tốn không gian và chi phí. KẾT LUẬN: Dựa vào chức năng, công suất và vị trí của phụ tải, chọn phương án lắp đặt 4 tủ phân phối phụ vì không có nhiều phụ tải khác loại và các phụ tải có công suất xấp xỉ nhau. - Các phụ tải được phân vào 4 nhóm sau đây:  Bảng 1.3 Nhóm phụ tải 1 Hệ số sử Công suất định mức Số STT Thiết bị Cos dụng Ku của thiết bị P (kW) lượng Bể ngâm dung dịch 1 0,8 1 3 1 kiềm 2 Bể ngâm nước nóng 0,8 1 4 1 3 Bể ngâm tăng nhiệt 0,8 1 3.4 Nhóm phụ tải 2 Hệ số sử Công suất định mức Số STT Thiết bị Cos dụng Ku của thiết bị P (kW) lượng 5 Máy quấn dây 0,75 0,8 1.2 1 6 Máy quấn dây 0,75 0,8 1 2 7 Máy khoan bàn 0,8 0,78 1.4 1 14 Cần cẩu điện 0,75 0,8 8 1  Bảng 1.5 Nhóm phụ tải 3 Hệ số sử Công suất định mức Số STT Thiết bị Cos dụng Ku của thiết bị P (kW) lượng Trang 8 9 Bàn thử nghiệm 0,7 0,85 6.8 1 11 Máy hàn 0,7 0,82 4 1 12 Máy tiện 0,8 0,76 6 1 13 Máy mài tròn 0,8 0,72 3 1  Bảng 1.6 Nhóm phụ tải 4 Hệ số sử Công suất định mức Số STT Thiết bị Cos dụng Ku của thiết bị P (kW) lượng 1 Đèn treo trần 1 0.08 20 2 Đèn nhà vệ sinh 1 0. Xác định phụ tải tính toán cho phân xưởng 3.