Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong các cơ sở sản xuất công nghiệp, hệ thống cung cấp điện đóng vai trò then chốt trong việc bảo đảm dây chuyền gia công cơ khí vận hành liên tục, an toàn và đạt hiệu quả kinh tế - kỹ thuật. Đồ án "Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho một phân xưởng cơ khí" được thực hiện bởi sinh viên Nguyễn Thanh Tú (MSSV: 2187800749), lớp 21DDCA1, Viện Kỹ thuật HUTECH thuộc Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh, dưới sự hướng dẫn của Th.S Hoàng Nguyên Phước (thuộc học phần Đồ án Hệ thống Cung cấp điện, Đề số: 09).

Mục tiêu trọng tâm của đồ án là xây dựng một phương án cung cấp điện hoàn chỉnh, từ việc thu thập thông số phụ tải, tính toán công suất yêu cầu, thiết kế chiếu sáng công nghiệp cho đến lựa chọn thiết bị nguồn, mạng lưới dẫn điện và các phần tử bảo vệ, kiểm tra ổn định điện áp và ngắn mạch cho toàn bộ phân xưởng.

Theo phiếu giao đề tài, các nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể bao gồm 8 nội dung chính:

  1. Phân nhóm các thiết bị công nghệ và xác định tâm phụ tải của từng nhóm cũng như toàn phân xưởng.
  2. Xác định phụ tải tính toán cho từng nhóm máy và tủ phân phối.
  3. Thiết kế hệ thống chiếu sáng nhân tạo cho không gian làm việc của phân xưởng.
  4. Lựa chọn dung lượng trạm biến áp phân phối và máy phát điện dự phòng.
  5. Tính chọn tiết diện dây dẫn, cáp điện và các thiết bị đóng cắt, bảo vệ.
  6. Tính toán, kiểm tra sụt áp tại các điểm nút và thiết bị tiêu thụ điện.
  7. Tính toán dòng điện ngắn mạch trong mạng điện hạ áp.
  8. Tính toán và lựa chọn dung lượng thiết bị bù công suất phản kháng.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Mặt bằng kiến trúc, danh mục thiết bị máy công cụ và mạng lưới phân phối điện hạ áp của phân xưởng cơ khí.
  • Phạm vi không gian: Phân xưởng cơ khí có dạng hình chữ nhật với kích thước chiều dài $48\text{ m}$, chiều rộng $24\text{ m}$, chiều cao $7\text{ m}$, tổng diện tích sàn $1.152\text{ m}^2$; kết cấu nền xi măng, trần lợp tôn, bao gồm 1 cửa chính và 1 cửa phụ. Hệ thống máy móc gồm 38 thiết bị gia công cơ khí (thuộc 32 chủng loại) với tổng công suất đặt $\sum P = 159\text{ kW}$.
  • Phạm vi cấp nguồn: Phân xưởng nhận điện từ trạm biến áp khu vực có cấp điện áp $22/0{,}4\text{ kV}$.
  • Phạm vi thời gian thực hiện: Từ ngày giao đề tài 11/03/2024 đến ngày nộp báo cáo 31/05/2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Đồ án áp dụng hệ thống lý thuyết giải tích và tiêu chuẩn kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật điện phục vụ việc tính toán mạng điện hạ áp công nghiệp:

  • Khung lý thuyết và mô hình tính toán:

    • Phương pháp xác định tâm phụ tải hình học: Dựa trên nguyên lý mômen tĩnh và tọa độ mặt bằng $(X_i, Y_i)$ cùng công suất đặt $P_i$ của từng máy để tìm tọa độ đặt tủ phân phối tối ưu nhằm giảm thiểu tổn thất truyền tải.
    • Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại ($K_{max}$) và công suất trung bình ($P_{tb}$): Sử dụng số thiết bị hiệu dụng ($n_{hq}$), hệ số sử dụng ($k_{sd}$), hệ số công suất ($\cos\varphi$) của từng máy để quy đổi công suất biểu kiến tính toán ($S_{tt}$) và dòng điện tính toán ($I_{tt}$).
    • Phương pháp tính toán chiếu sáng từng điểm và hệ số sử dụng quang thông: Áp dụng tiêu chuẩn biểu đồ Kruithof để xác định nhiệt độ màu ($2.900\text{ K} \le T_m \le 4.200\text{ K}$), hệ số hoàn màu ($R_a = 85$), quang thông tổng ($\Phi_{tổng}$), diện tích làm việc và độ rọi yêu cầu ($E_{tc} = 300\text{ Lx}$) để bố trí số lượng bộ đèn.
    • Phương pháp chọn và kiểm tra dây dẫn: Lựa chọn tiết diện dây dẫn theo dòng điện phát nóng cho phép ($I_{cp} \ge I_{tt}$), kiểm tra độ sụt áp cho phép ($\Delta U% \le \Delta U_{cp}%$), phối hợp kiểm tra điều kiện quá tải và ổn định nhiệt khi ngắn mạch.
    • Phương pháp tính toán ngắn mạch mạng hạ áp: Sử dụng phương pháp đại số điện kháng/điện trở quy đổi từ máy biến áp đến từng thanh cái tủ phân phối và đầu cực thiết bị để xác định dòng ngắn mạch lớn nhất phục vụ chọn khả năng cắt ($I_{cu}$) của Aptomat.
    • Phương pháp nâng cao hệ số công suất: Tính chọn công suất phản kháng cần bù ($Q_{bù}$) nhằm nâng hệ số công suất $\cos\varphi$ của phân xưởng đạt quy chuẩn vận hành của ngành điện.

  • Nguồn dữ liệu sử dụng: Bảng thông số kỹ thuật tải động lực gồm 32 danh mục thiết bị thực tế trong phân xưởng (công suất định mức, hiệu suất $\eta = 0{,}85$, hệ số sử dụng $k_{sd}$ từ $0{,}3$ đến $0{,}7$, hệ số công suất $\cos\varphi = 0{,}75 \div 0{,}78$), các bảng tra cứu hệ số bù quang học, catalog cáp điện và thiết bị đóng cắt hạ áp.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng cơ khí được thiết kế theo cấu trúc mạng hình tia phân cấp, bảo đảm tính linh hoạt và độ tin cậy trong vận hành sản xuất:

[Lưới trung thế 22 kV] 
[TĐL 1] [TĐL 2] [TĐL 3] [TĐL 4] [TĐL 5] [TĐL 6]        [TCS]
 (5 TB)  (5 TB)  (7 TB)  (7 TB)  (7 TB)  (7 TB)       (45 bộ đèn)

  1. Cấu trúc nguồn cấp và phân phối:

    • Nguồn chính: Cấp điện áp trung thế $22\text{ kV}$ hạ áp qua máy biến áp phân phối xuống cấp điện áp $380/220\text{ V}$.
    • Nguồn dự phòng: Máy phát điện Diesel hạ áp kết nối qua bộ chuyển đổi nguồn tự động phục vụ các phụ tải quan trọng khi mất điện lưới.
    • Tủ phân phối chính (TPP): Đặt tại vị trí gần tâm phụ tải toàn xưởng, tích hợp tủ tụ bù nâng cao hệ số công suất.
    • Tuyến phân phối thứ cấp: Từ TPP xuất tuyến cáp đến 6 Tủ động lực (TĐL1 đến TĐL6) cấp điện cho 38 máy công cụ và 1 Tủ chiếu sáng (TCS) cấp điện cho 45 bộ đèn huỳnh quang đôi.

  2. Quy hoạch phân nhóm thiết bị và bố trí mặt bằng: 38 thiết bị trong phân xưởng được chia thành 6 nhóm phụ tải dựa trên nguyên tắc tương đồng về công năng gia công, vị trí không gian địa lý trên mặt bằng $48\text{ m} \times 24\text{ m}$ và sự cân bằng công suất giữa các nhánh cấp điện:

Tên nhóm Số lượng thiết bị Thiết bị điển hình trong nhóm Đặc tính vận hành ($k_{sd}$, $\cos\varphi$)
Nhóm 1 5 thiết bị Máy tiện ren (4a), máy tiện ren chính xác (21), máy phay đứng (7) $k_{sd} = 0{,}6$; $\cos\varphi = 0{,}75$
Nhóm 2 5 thiết bị Máy tiện ren (4b), máy tiện ren vạn năng (4c), máy phay vạn năng $k_{sd} = 0{,}3 \div 0{,}6$; $\cos\varphi = 0{,}75$
Nhóm 3 7 thiết bị Máy khoan đứng (1b), máy doa tốc độ (2), máy xọc (3), máy khoan bàn $k_{sd} = 0{,}3 \div 0{,}5$; $\cos\varphi = 0{,}75$
Nhóm 4 7 thiết bị Máy mài dao cắt gọt (13), máy mài phẳng (10), máy khoan bàn (23), máy khoan đứng (1a) $k_{sd} = 0{,}3 \div 0{,}7$; $\cos\varphi = 0{,}75$
Nhóm 5 7 thiết bị Máy mài trong (9), máy mài dao chuốt (26), máy mài mũi khoan (24), máy mài thô (28) $k_{sd} = 0{,}5$; $\cos\varphi = 0{,}75 \div 0{,}78$
Nhóm 6 7 thiết bị Máy cắt ren liên hợp (16), máy hàn điện (17), bể ngâm kiềm (18), quạt lò rèn (19), máy hóa bền (20), máy cắt mép (8) $k_{sd} = 0{,}3 \div 0{,}6$; $\cos\varphi = 0{,}75$

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH TÂM PHỤ TẢI

Chương 1 giới thiệu tổng quan về đặc điểm kiến trúc phân xưởng ($48\text{ m} \times 24\text{ m} \times 7\text{ m}$) và thiết lập danh mục chi tiết 38 thiết bị công nghệ. Tác giả tiến hành thiết lập hệ trục tọa độ hai chiều trên mặt bằng xưởng để xác định tọa độ hình học $(X, Y)$ của từng máy công cụ.

Dựa trên tiêu chí công năng, vị trí và cân bằng tải, các thiết bị được phân chia thành 6 nhóm phụ tải. Từ bảng tích số công suất và khoảng cách ($P_i \cdot X_i$, $P_i \cdot Y_i$), tác giả tính toán chính xác tọa độ tâm phụ tải cho từng nhóm máy ($X_{o_nh}, Y_{o_nh}$) và tâm phụ tải tổng của phân xưởng. Vị trí này là căn cứ kỹ thuật để định vị tủ phân phối chính và các tủ động lực nhánh nhằm tối ưu hóa chiều dài đường dây.

CHƯƠNG II: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN

Chương này thực hiện tính toán phụ tải cơ sở cho từng nhóm máy bằng phương pháp giải tích dựa trên số thiết bị hiệu dụng ($n_{hq}$), hệ số sử dụng nhóm ($K_{sdnh}$), hệ số công suất trung bình ($\cos\varphi$) và hệ số cực đại ($K_{max}$):

  • Nhóm 1 (5 thiết bị): Tổng công suất đặt $P_{đặt1} = 37{,}5\text{ kW}$; hệ số công suất $\cos\varphi = 0{,}88$; hệ số sử dụng nhóm $K_{sdnh} = 0{,}728$; $n_{hq} = 1.406{,}43$; dòng mở máy lớn nhất $I_{mm} = 4{,}84\text{ A}$; xác định phụ tải tính toán $P_{tt}$, công suất phản kháng $Q_{tt}$ và dòng đỉnh nhọn $I_{đn}$.
  • Nhóm 2 (5 thiết bị): Tổng công suất đặt $P_{đặt2} = 38{,}5\text{ kW}$; $\cos\varphi = 0{,}88$; $K_{sdnh} = 0{,}66$; $n_{hq} = 1.482{,}81$; xác định phụ tải tính toán $P_{tt2}$, $Q_{tt2}$ và dòng đỉnh nhọn.
  • Nhóm 3 (7 thiết bị): Tổng công suất đặt $P_{đặt3} = 26{,}5\text{ kW}$; $\cos\varphi = 0{,}88$; $K_{sdnh} = 0{,}569$; $n_{hq} = 702{,}17$; $I_{mm} = 4{,}995\text{ A}$.
  • Nhóm 4 (7 thiết bị): Tổng công suất đặt $P_{đặt4} = 19{,}0\text{ kW}$; $\cos\varphi = 0{,}88$; $K_{sdnh} = 0{,}5882$; $n_{hq} = 5{,}54$; $I_{mm} = 4{,}8\text{ A}$.
  • Nhóm 5 (7 thiết bị): Tổng công suất đặt $P_{đặt5} = 16{,}7\text{ kW}$; $\cos\varphi = 0{,}87$; $K_{sdnh} = 0{,}523$; $n_{hq} = 306{,}2$; $I_{mm} = 4{,}61\text{ A}$.
  • Nhóm 6 (7 thiết bị): Tổng công suất đặt $P_{đặt6} = 20{,}1\text{ kW}$; $\cos\varphi = 0{,}88$; $K_{sdnh} = 0{,}714$; $n_{hq} = 404{,}63$; máy cắt ren liên hợp có dòng $3{,}64\text{ A}$.

Tổng hợp phụ tải động lực tại Tủ phân phối chính (TPP):

  • Công suất đặt: $P_{đm_TPP} = \sum P_{đm_nhi} = 158{,}8\text{ kW}$.
  • Công suất biểu kiến động lực tính toán: $S_{tt_TPP} = 149{,}38\text{ kVA}$.

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG

Tác giả thiết kế hệ thống chiếu sáng chung đều cho diện tích $1.152\text{ m}^2$ với các thông số kỹ thuật:

  • Hệ số phản xạ: Trần trắng ($\rho_{tr} = 0{,}8$), tường vàng ($\rho_{tg} = 0{,}7$), sàn sậm ($\rho_s = 0{,}3$).
  • Tiêu chuẩn: Độ rọi yêu cầu $E_{tc} = 300\text{ Lx}$; nhiệt độ màu Kruithof $2.900\text{ K} \le T_m \le 4.200\text{ K}$; chỉ số hoàn màu $R_a = 85$.
  • Thiết bị: Bộ đèn huỳnh quang trắng RI-GT bóng đôi ($2 \times 40\text{ W}$), quang thông bóng đơn $3.250\text{ lm}$, tổng quang thông bộ đèn $\Phi_{bd} = 6.500\text{ lm}$; hiệu suất trực tiếp $\eta_d = 0{,}8$, gián tiếp $\eta_i = 0{,}8$.
  • Tính toán hình học: Chiều cao treo đèn cách trần $h' = 1{,}5\text{ m}$, cách mặt làm việc $h_{lv} = 0{,}8\text{ m} \rightarrow$ chiều cao tính toán $h_{tt} = 7 - (1{,}5 + 0{,}8) = 4{,}7\text{ m}$. Chỉ số địa điểm $K = 3{,}33$; hệ số bù $d = 1{,}45$; hệ số sử dụng $U = 1{,}776$.
  • Kết quả bố trí: Tổng quang thông $\Phi_{tổng} = 282.162\text{ lm}$; số bộ đèn lý thuyết $43{,}41$ bộ $\rightarrow$ chọn $45$ bộ đèn, bố trí thành 5 hàng và 9 cột.
  • Kiểm tra thông số thực tế: Khoảng cách dọc giữa các bộ đèn $L_{dọc} = 4.450\text{ mm}$, khoảng cách ngang $L_{ngang} = 3.804\text{ mm}$; độ rọi trung bình thực tế đạt $E_{tb} = 310\text{ Lx}$ (thỏa mãn $E_{tb} \ge E_{tc}$).
  • Phụ tải chiếu sáng: $P_{ttcs} = 45 \times 2 \times (36 + 3{,}6) = 3{,}564\text{ kW}$; $Q_{ttcs} = 3{,}564 \times 0{,}88 = 3{,}136\text{ kVAr}$; $I_{ttcs} = 7{,}21\text{ A}$.

CHƯƠNG IV: PHỤ TẢI TÍNH TOÁN TOÀN PHÂN XƯỞNG

Chương này tổng hợp đồng thời phụ tải động lực (từ Chương II) và phụ tải chiếu sáng (từ Chương III) để xác định thông số tổng thể của phân xưởng cơ khí:

  • Công suất tác dụng tổng: $P_{ttpx} = 132{,}...\text{ kW}$.
  • Công suất biểu kiến tổng: $S_{ttpx} = 168{,}77\text{ kVA}$.
  • Dòng điện tính toán tổng toàn phân xưởng ở cấp điện áp $380\text{ V}$: $I_{ttpx} = \frac{S_{ttpx}}{\sqrt{3} \times U_{đm}} = \frac{168{,}77}{\sqrt{3} \times 0{,}38} = 256{,}4\text{ A}$.

CHƯƠNG V: CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ NGUỒN DỰ PHÒNG CHO PHÂN XƯỞNG

Dựa trên phụ tải tính toán tổng $S_{ttpx} = 168{,}77\text{ kVA}$, tác giả tính toán lựa chọn dung lượng định mức cho máy biến áp phân phối hạ áp $22/0{,}4\text{ kV}$ đảm bảo hệ số mang tải kinh tế và khả năng chịu quá tải sự cố. Đồng thời, lựa chọn tổ máy phát điện Diesel dự phòng phù hợp với công suất các tải ưu tiên nhằm duy trì hoạt động tối thiểu khi xảy ra sự cố nguồn lưới trung thế.

CHƯƠNG VI: CHỌN DÂY DẪN VÀ THIẾT BỊ BẢO VỆ

Nội dung chương triển khai tính chọn toàn bộ cấu trúc cáp dẫn điện và khí cụ đóng cắt bảo vệ theo các cấp:

  • Cáp liên kết từ trạm biến áp phân phối đến tủ phân phối chính TPP.
  • Tuyến cáp từ TPP đến 6 tủ động lực (TĐL1 $\div$ TĐL6) và tủ chiếu sáng TCS theo điều kiện phát nóng ($I_{cp} \ge I_{tt}$).
  • Dây dẫn/cáp điện từ các tủ động lực đến từng động cơ máy công cụ riêng biệt.
  • Lưới dây phân phối chiếu sáng từ TCS đến 45 bộ đèn.
  • Tính toán chọn các Aptomat khối (MCCB) cho đầu vào TPP, đầu vào các tủ động lực và Aptomat tép (MCB) bảo vệ từng nhánh máy gia công theo dòng định mức và dòng khởi động/dòng đỉnh nhọn ($I_{đn}$).

CHƯƠNG VII: KIỂM TRA SỤT ÁP THIẾT BỊ TIÊU THỤ ĐIỆN

Tác giả thực hiện kiểm tra độ sụt áp ($\Delta U$) dọc theo toàn bộ hệ thống phân phối:

  • Tính sụt áp từ trạm máy biến áp đến tủ phân phối chính TPP.
  • Tính sụt áp từ TPP đến 6 tủ động lực (TĐL1 $\div$ TĐL6) và tủ chiếu sáng TCS.
  • Tính sụt áp nhánh từ các TĐL đến các thiết bị tiêu thụ điển hình:
    • Tuyến từ TĐL1 đến Máy tiện ren (mã 4b);
    • Tuyến từ TĐL2 đến Máy mài vạn năng (mã 12 / 4b);
    • Tuyến từ TĐL3 đến Máy phay ngang (mã 6);
    • Tuyến từ TĐL4 đến Máy mài phẳng (mã 10);
    • Tuyến từ TĐL5 đến Máy mài phá (mã 22);
    • Tuyến từ TĐL6 đến Máy cắt mép (mã 8).
  • Tổng hợp tổn thất điện áp trên toàn tuyến từ đầu nguồn đến đầu cực từng thiết bị để đối chiếu giới hạn cho phép ($\Delta U% \le 5%$).

CHƯƠNG VIII: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

Chương này thực hiện xác định các điểm sự cố ngắn mạch 3 pha đối xứng trên sơ đồ mạng điện:

  • Điểm ngắn mạch trên thanh cái hạ áp trạm biến áp và tủ phân phối TPP.
  • Các điểm ngắn mạch trên đường cáp từ TPP đến TĐL1, TĐL2, TĐL3, TĐL4, TĐL5, TĐL6 và TCS.
  • Các điểm ngắn mạch tại đầu cực các máy công cụ trực thuộc từng tủ động lực.
  • Kết quả tính toán dòng ngắn mạch xung kích ($i_{xk}$) và dòng ngắn mạch ổn định ($I_N$) được dùng để kiểm tra khả năng chịu lực điện động của thanh cái và khả năng cắt định mức của Aptomat đã chọn ở Chương VI.

CHƯƠNG IX: TÍNH VÀ CHỌN TỤ BÙ

Từ công suất tính toán toàn phân xưởng ($P_{ttpx}$, $Q_{ttpx}$), tác giả tính toán dung lượng bù $Q_{bù}$ cần thiết để nâng cao hệ số công suất từ mức ban đầu ($\cos\varphi \approx 0{,}75 \div 0{,}88$) lên giá trị tối ưu theo quy định của Tập đoàn Điện lực Việt Nam ($\cos\varphi \ge 0{,}90$). Tác giả lựa chọn loại tụ bù hạ thế, số cấp bù và sơ đồ đấu nối tại thanh cái TPP.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật chính

Đồ án đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng cơ khí quy mô trung bình với các thông số kỹ thuật được xác lập rõ ràng:

Hạng mục kỹ thuật Thông số / Kết quả xác lập Căn cứ tính toán
Quy mô mặt bằng $48\text{ m} \times 24\text{ m} \times 7\text{ m}$; Diện tích $1.152\text{ m}^2$ Kích thước phân xưởng cơ khí
Quy mô phụ tải động lực 38 thiết bị (32 chủng loại), tổng công suất đặt $\sum P = 159\text{ kW}$ Danh mục máy công cụ
Phân nhóm phụ tải 6 nhóm máy động lực + 1 nhóm chiếu sáng Vị trí mặt bằng, công năng, cân bằng tải
Phụ tải tính toán động lực $S_{tt_TPP} = 149{,}38\text{ kVA}$ Phương pháp $K_{max}$ và công suất trung bình
Hệ thống chiếu sáng 45 bộ đèn huỳnh quang đôi RI-GT $2 \times 40\text{ W}$ ($E_{tb} = 310\text{ Lx}$) Phương pháp hệ số sử dụng quang thông
Phụ tải tính toán chiếu sáng $P_{ttcs} = 3{,}564\text{ kW}$; $Q_{ttcs} = 3{,}136\text{ kVAr}$; $I_{ttcs} = 7{,}21\text{ A}$ Tổng số bóng và công suất ballast
Phụ tải toàn phân xưởng $S_{ttpx} = 168{,}77\text{ kVA}$; $I_{ttpx} = 256{,}4\text{ A}$ Tổng hợp đồng thời động lực & chiếu sáng
Mạng lưới cấp điện Cáp hạ áp hình tia từ TBA $22/0{,}4\text{ kV} \rightarrow$ TPP $\rightarrow$ 6 TĐL + TCS Chọn theo $I_{cp}$, kiểm tra $\Delta U%$ và ngắn mạch
Chất lượng điện năng Bù công suất phản kháng $Q_{bù}$ tại thanh cái TPP Nâng cao hệ số công suất $\cos\varphi$

Giải pháp và đóng góp của tác giả

  • Xây dựng quy trình thiết kế đồng bộ từ khâu thống kê phụ tải, nhóm tải hình học, tính toán công suất theo hệ số cực đại $K_{max}$ đến khâu kiểm tra sụt áp trên các tuyến máy công cụ xa nhất và nặng tải nhất.
  • Đề xuất phương án phân chia 6 nhóm máy hợp lý, giúp cân bằng phụ tải giữa các tủ động lực nhánh, giảm chiều dài đường dây từ tủ nhánh đến các máy công cụ.
  • Thiết kế hệ thống chiếu sáng nhân tạo đạt độ rọi trung bình $310\text{ Lx}$ (vượt mức tiêu chuẩn yêu cầu $300\text{ Lx}$), bố trí lưới đèn 5 hàng $\times$ 9 cột bảo đảm khoảng cách kỹ thuật và độ đồng đều ánh sáng trên bề mặt làm việc.
  • Cung cấp đầy đủ các bước kiểm tra kiểm chứng độ sụt áp và dòng ngắn mạch cho toàn bộ các nút phân phối hạ áp, bảo đảm tính an toàn kỹ thuật cho hệ thống bảo vệ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Đồ án tập trung vào tính toán thiết kế kỹ thuật theo các giả định phụ tải tĩnh tiêu chuẩn của đề bài giao cho một phân xưởng cơ khí độc lập, chưa xét đến tính biến thiên phụ tải theo thời gian thực (biểu đồ phụ tải 24 giờ), đặc tính dòng sóng hài bậc cao sinh ra từ các bộ biến tần/khởi động mềm của máy công cụ hiện đại, cũng như bài toán tối ưu hóa chi phí đầu tư kinh tế (CAPEX/OPEX).
  • Hướng mở rộng:
    • Nghiên cứu tích hợp hệ thống đo lường và giám sát năng lượng thông minh (EMS/SCADA) cho các tủ phân phối hạ áp.
    • Đánh giá ảnh hưởng của sóng hài và thiết kế bộ lọc sóng hài chủ động/thụ động cho các thiết bị gia công cơ khí chính xác.
    • Ứng dụng giải pháp điều khiển chiếu sáng thông minh theo cảm biến hiện diện và ánh sáng tự nhiên để tiết kiệm năng lượng.

Giá trị tham khảo

Báo cáo đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên ngành Kỹ thuật điện, Hệ thống điện, Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa khi thực hiện đồ án môn học "Hệ thống cung cấp điện", đồ án tốt nghiệp hoặc các dự án thiết kế điện công nghiệp hạ áp.

Các phần có giá trị tham khảo kỹ thuật cao bao gồm:

  • Quy trình phân nhóm phụ tải và tính toán phụ tải theo phương pháp $K_{max}$ và công suất trung bình với số lượng thiết bị thực tế lớn (38 thiết bị).
  • Phương pháp tính toán và phân bố không gian đèn huỳnh quang công nghiệp chi tiết theo biểu đồ Kruithof và hệ số sử dụng $U$.
  • Bảng tính toán kiểm tra sụt áp và ngắn mạch chi tiết từ trạm biến áp đến từng đầu cực máy công cụ.

Câu hỏi thường gặp

1. Phân xưởng cơ khí trong đồ án có đặc điểm không gian và quy mô thiết bị như thế nào?
Phân xưởng có chiều dài $48\text{ m}$, chiều rộng $24\text{ m}$, chiều cao $7\text{ m}$ (diện tích sàn $1.152\text{ m}^2$), kết cấu nền xi măng, trần lợp tôn. Hệ thống gia công gồm 38 thiết bị (thuộc 32 loại máy khác nhau) với tổng công suất đặt $\sum P = 159\text{ kW}$.

2. Hệ thống chiếu sáng của phân xưởng được thiết kế với chủng loại đèn và số lượng như thế nào?
Hệ thống sử dụng 45 bộ đèn huỳnh quang trắng RI-GT bóng đôi ($2 \times 40\text{ W}$, quang thông $6.500\text{ lm}$/bộ), bố trí thành 5 hàng và 9 cột ở độ cao treo $4{,}7\text{ m}$ so với mặt làm việc, đạt độ rọi trung bình thực tế $E_{tb} = 310\text{ Lx}$ (tiêu chuẩn yêu cầu $E_{tc} = 300\text{ Lx}$).

3. Phụ tải tính toán tổng của toàn phân xưởng là bao nhiêu?
Tổng phụ tải biểu kiến tính toán toàn phân xưởng (kết hợp đồng thời tải động lực của 6 tủ nhánh và tải chiếu sáng) là $S_{ttpx} = 168{,}77\text{ kVA}$, tương ứng dòng điện tính toán tổng ở lưới hạ áp $380\text{ V}$ là $I_{ttpx} = 256{,}4\text{ A}$.

4. Việc kiểm tra sụt áp nhánh được thực hiện cho các máy công cụ cụ thể nào?
Tác giả kiểm tra sụt áp từ 6 tủ động lực đến các máy đại diện gồm: Máy tiện ren 4b (từ TĐL1), Máy mài vạn năng 12/4b (từ TĐL2), Máy phay ngang 6 (từ TĐL3), Máy mài phẳng 10 (từ TĐL4), Máy mài phá 22 (từ TĐL5) và Máy cắt mép 8 (từ TĐL6).

5. Nguồn điện cấp cho phân xưởng được lấy từ đâu và phân cấp phân phối ra sao?
Phân xưởng nhận nguồn trung thế từ trạm biến áp khu vực cấp điện áp $22/0{,}4\text{ kV}$. Mạng hạ áp được phân phối từ Tủ phân phối chính (TPP) qua 6 Tủ động lực (TĐL1 đến TĐL6) và 1 Tủ chiếu sáng (TCS), kết hợp hệ thống tụ bù hạ thế và máy phát điện Diesel dự phòng.

Kết luận

Đồ án "Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho một phân xưởng cơ khí" của sinh viên Nguyễn Thanh Tú đã hoàn thành đầy đủ các nhiệm vụ kỹ thuật được giao theo chương trình đào tạo ngành Kỹ thuật điện tại Viện Kỹ thuật HUTECH. Báo cáo thể hiện quy trình tính toán mạch lạc, chuẩn xác từ khâu xác định tâm phụ tải, phụ tải tính toán theo $K_{max}$, thiết kế chiếu sáng $1.152\text{ m}^2$ đến tính chọn thiết bị phân phối, kiểm tra sụt áp và dòng ngắn mạch. Kết quả nghiên cứu đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn kỹ thuật an toàn điện hạ áp, tạo nền tảng tài liệu tham khảo hoàn chỉnh cho các đồ án thiết kế cung cấp điện công nghiệp tương tự.