Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án môn học "Tính toán cấp điện cho xưởng thực hành cơ khí C41 Trường Đại học Trà Vinh" được thực hiện bởi sinh viên Nguyễn Thành Lộc (Lớp DA21KDHT, Ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện – Điện tử, Khoá 2021–2025) dưới sự hướng dẫn của ThS. Lê Thanh Tùng tại Khoa Kỹ thuật và Công nghệ, Trường Đại học Trà Vinh (tháng 04/2024).

Lý do chọn đề tài và bối cảnh thực tiễn

Xưởng thực hành cơ khí C41 là cơ sở phục vụ công tác giảng dạy, đào tạo thực hành và thí nghiệm cho sinh viên cơ khí tại Trường Đại học Trà Vinh. Nhà xưởng vận hành nhiều chủng loại máy móc, trang thiết bị gia công cơ khí có dải công suất đa dạng. Nhu cầu tiêu thụ điện năng tại đây có tính chất biến đổi liên tục theo thời gian, phụ thuộc chặt chẽ vào thời khóa biểu học tập, số lượng sinh viên tham gia thực hành, số lượng thiết bị cơ khí cùng vận hành và từng thời điểm cụ thể trong ngày. Thực tế này đặt ra yêu cầu phải có một hệ thống cung cấp điện ổn định, chất lượng, đảm bảo an toàn kỹ thuật và tối ưu chi phí vận hành.

Vấn đề cần giải quyết

Văn bản đồ án xác định 3 nhóm nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể:

  1. Tính toán phụ tải điện: Xác định tổng công suất đặt và công suất tính toán của toàn bộ thiết bị trong xưởng; dự báo nhu cầu phụ tải cực đại trong các chế độ vận hành; tính toán dòng điện làm việc để làm căn cứ lựa chọn thiết bị đóng cắt và dây dẫn phù hợp.
  2. Thiết kế hệ thống điện: Xây dựng phương án phân phối điện năng khoa học, kinh tế và an toàn; thiết kế chi tiết mạng lưới dây dẫn, hệ thống tủ điện phân phối, hệ thống tiếp địa và chống sét theo tiêu chuẩn kỹ thuật.
  3. Lựa chọn nguồn điện: Phân tích, lựa chọn nguồn cấp từ lưới điện phân phối khu vực và trạm biến áp hạ áp; đảm bảo tính liên tục và ổn định của nguồn điện cung cấp cho các hoạt động đào tạo.

Mục tiêu nghiên cứu

  • Cung cấp nguồn điện đầy đủ, ổn định và an toàn cho toàn bộ hoạt động vận hành, thực hành tại xưởng cơ khí C41.
  • Thiết kế hệ thống điện khoa học, tiết kiệm năng lượng, tuân thủ các quy chuẩn và tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành.
  • Tạo lập môi trường học tập và làm việc an toàn cho cán bộ, giảng viên và sinh viên.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống cung cấp điện hạ thế, phụ tải động lực (máy công cụ, máy gia công kim loại) và phụ tải chiếu sáng, sinh hoạt của xưởng cơ khí C41.
  • Phạm vi không gian: Phân xưởng thực hành cơ khí C41 thuộc khuôn viên Trường Đại học Trà Vinh, có diện tích mặt bằng $660\text{ m}^2$ (kích thước $30\text{ m} \times 22\text{ m}$), kết cấu 2 mái tôn kẽm, nền xi măng, tường quét vôi trắng, 2 cửa sắt kéo (1 cửa chính, 1 cửa phụ), gồm 30 động cơ, 01 nhà kho, 01 nhà vệ sinh và 02 phòng làm việc.
  • Phạm vi kỹ thuật: Tính toán cấp điện từ cấp điện áp trung thế $22\text{ kV}$ qua máy biến áp hạ áp $22/0{,}4\text{ kV}$ xuống lưới $380/220\text{ V}$ ba pha bốn dây trung tính nối đất.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình tính toán

Tác giả hệ thống hóa cơ sở lý thuyết chuyên ngành kỹ thuật cung cấp điện công nghiệp, bao gồm:

  • Khái niệm phụ tải và đồ thị phụ tải điện: Đặc tính biến thiên phi tuyến theo thời gian của phụ tải $P(t)$, $Q(t)$, $A(t)$; phân loại đồ thị phụ tải theo thời gian khảo sát (hàng ngày, hàng tháng, hàng năm) và phương pháp bậc thang hóa đồ thị để tính toán phụ tải trung bình.
  • Các đại lượng và hệ số kỹ thuật:
    • Công suất định mức ($P_{\text{đm}}$), công suất đặt ($P_{\text{đ}} = P_{\text{đm}}/\eta_{\text{đc}}$, giả thiết $\eta_{\text{đc}} \approx 1$ nên $P_{\text{đ}} \approx P_{\text{đm}}$).
    • Quy đổi công suất ở chế độ ngắn hạn lặp lại về chế độ dài hạn ($\varepsilon_{\text{đm}} = 100%$).
    • Phụ tải trung bình ($P_{\text{tb}}$, $Q_{\text{tb}}$), hệ số sử dụng ($k_{\text{sd}} = P_{\text{tb}}/P_{\text{đm}}$), hệ số phụ tải ($k_{\text{pt}} = P_{\text{thực tế}}/P_{\text{đm}}$), hệ số cực đại ($k_{\text{max}} = P_{\text{tt}}/P_{\text{tb}}$), hệ số nhu cầu ($k_{\text{nc}} = P_{\text{tt}}/P_{\text{đm}} = k_{\text{sd}} \cdot k_{\text{max}}$), hệ số đồng thời ($k_{\text{đt}} \approx 0{,}85 \div 1$).
    • Xác định số thiết bị dùng điện có hiệu quả ($n_{\text{hq}}$) bằng công thức giải tích chính xác, phương pháp tra bảng theo $n^$ và $p^$, hoặc phương pháp gần đúng theo tỷ số $m = P_{\text{đm max}}/P_{\text{đm min}}$.
  • Các phương pháp xác định phụ tải tính toán:
    • Phương pháp xác định theo công suất đặt và hệ số nhu cầu ($P_{\text{tt}} = k_{\text{nc}} \sum P_{\text{đi}}$).
    • Phương pháp xác định theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất ($P_{\text{tt}} = P_0 \cdot F$).
    • Phương pháp xác định theo hệ số cực đại $k_{\text{max}}$ và công suất trung bình $P_{\text{tb}}$ ($P_{\text{tt}} = k_{\text{max}} \cdot k_{\text{sd}} \cdot \sum P_{\text{đmi}}$).
  • Lý thuyết lựa chọn trạm biến áp và phương án đi dây:
    • Tiêu chí lựa chọn vị trí đặt trạm (gần tâm phụ tải, an toàn, thông gió tự nhiên, độc lập sát vách xưởng).
    • So sánh các cấu trúc mạng điện phân phối hạ áp: mạng hình tia, mạng phân nhánh và mạng kết hợp hình tia - phân nhánh.
    • Phương pháp chọn tiết diện dây dẫn và cáp điện theo điều kiện phát nóng ($I_{\text{cp}} \ge I_{\text{lvmax}}/k$), kết hợp kiểm tra độ sụt áp cho phép ($\Delta U%$) và mật độ dòng kinh tế ($J_{\text{kt}}$).

Phương pháp nghiên cứu thực tế

  • Phương pháp khảo sát và thu thập dữ liệu: Thống kê danh mục, số lượng, công suất định mức, dòng điện định mức và vị trí lắp đặt thực tế của 30 thiết bị máy công cụ tại mặt bằng xưởng C41.
  • Phương pháp tính toán kỹ thuật: Sử dụng phương pháp hệ số cực đại $k_{\text{max}}$ kết hợp số thiết bị hiệu quả $n_{\text{hq}}$ để tính phụ tải động lực; dùng phương pháp suất phụ tải trên một đơn vị diện tích ($p_0 = 15\text{ W/m}^2$) để tính phụ tải chiếu sáng.
  • Phương pháp tra cứu tiêu chuẩn: Tra cứu các hệ số hiệu chỉnh $K_2, K_4$ theo cách lắp đặt, bảng tra thông số kỹ thuật của nhà sản xuất cáp CADIVI, thiết bị đóng cắt LS và máy biến áp THIBIDI.

Nguồn dữ liệu

  • Dữ liệu thực nghiệm, đo đạc kích thước và mặt bằng xưởng C41 tại Trường Đại học Trà Vinh.
  • Giáo trình và tài liệu tham khảo: Giáo trình hệ thống cung cấp điện (Trương Minh Tấn, 2018), Giáo trình cung cấp điện (Ngô Hồng Quang, 2013), Giáo trình thiết kế cấp điện (NXB Giáo dục Việt Nam).
  • Catalogue thông số kỹ thuật chính hãng: Thiết bị đóng cắt MCCB hãng LS, dây cáp điện lực hạ thế CADIVI, máy biến áp phân phối THIBIDI.

Thiết kế kỹ thuật và tính toán hệ thống

Phân nhóm phụ tải xưởng C41

Toàn bộ 30 thiết bị máy công cụ được phân chia thành 3 nhóm phụ tải động lực dựa trên nguyên tắc: cùng chế độ làm việc, bố trí gần nhau trên mặt bằng, cân đối công suất và số lượng thiết bị giữa các nhóm:

Nhóm phụ tải Số lượng thiết bị ($n$) Thiết bị tiêu biểu Tổng công suất đặt $P_{\Sigma}$ (kW) Thiết bị có $P_{\text{max}}$ (kW) Hệ số $\cos\varphi$
Nhóm 1 (N1) 8 Quạt ly tâm ($7\text{ kW}$), Máy tiện CNC ($15\text{ kW}$), Máy ép ma sát ($2 \times 10\text{ kW}$), Máy mài sắt ($3{,}1\text{ kW}$)... $56{,}20$ $15{,}00$ (Máy tiện CNC) $0{,}80$
Nhóm 2 (N2) 9 Các loại máy mài, máy tiện nhỏ, quạt thông gió phụ... $17{,}37$ $4{,}37$ $0{,}80$
Nhóm 3 (N3) 7 Máy phay vạn năng ($2 \times 15\text{ kW}$), Phay công xon ($10\text{ kW}$), Phay đứng ngang ($13\text{ kW}$), Mài 2 đá ($11\text{ kW}$), Cắt sắt ($9\text{ kW}$), Phay đứng ($19\text{ kW}$) $92{,}00$ $19{,}00$ (Máy phay đứng) $0{,}60$

Kết quả tính toán phụ tải và lựa chọn thiết bị bảo vệ

Các nhóm phụ tải động lực có $k_{\text{sd}} = 0{,}6$. Kết quả tính toán công suất tính toán ($P_{\text{tt}}$), công suất phản kháng ($Q_{\text{tt}}$), công suất biểu kiến ($S_{\text{tt}}$), dòng điện làm việc ($I_{\text{tt}}$) và định mức thiết bị đóng cắt MCCB (hệ số an toàn $K_{\text{at}} = 1{,}2$) được tổng hợp như sau:

Đối tượng $P_{\text{tt}}$ (kW) $Q_{\text{tt}}$ (kVAr) $S_{\text{tt}}$ (kVA) $I_{\text{tt}}$ (A) Thiết bị bảo vệ đã chọn (LS)
Nhóm N1 $72{,}16$ $54{,}12$ $90{,}20$ $52{,}20$ MCCB $I_{\text{n}} = 65\text{ A}$
Nhóm N2 $22{,}30$ $16{,}72$ $27{,}88$ $19{,}00$ MCCB $I_{\text{n}} = 25\text{ A}$
Nhóm N3 $115{,}92$ $154{,}56$ $193{,}20$ $86{,}20$ MCCB $I_{\text{n}} = 125\text{ A}$
Phụ tải chiếu sáng (TCS) $9{,}90$ $0{,}00$ $9{,}90$ $43{,}00$ MCCB $I_{\text{n}} = 60\text{ A}$
Toàn phân xưởng (tổng) $100{,}00$ $75{,}00$ $120{,}00$ $152{,}00$ MCCB Tổng $I_{\text{n}} = 200\text{ A}$

(Ghi chú: Phụ tải chiếu sáng tính theo diện tích $F = 660\text{ m}^2$, $p_0 = 15\text{ W/m}^2$, $\cos\varphi_{\text{cs}} = 0{,}95$. Tổng phụ tải toàn xưởng được tính với hệ số đồng thời $k_{\text{đt}} = 0{,}9$).

Lựa chọn máy biến áp

  • Phân loại phụ tải: Phân xưởng cơ khí C41 thuộc hộ tiêu thụ loại 2, cấp điện áp nguồn $22\text{ kV}$, điện áp thứ cấp $380/220\text{ V}$.
  • Cấu hình trạm: 01 máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây đặt ngoài trời sát tường xưởng có rào chắn bảo vệ.
  • Thông số máy biến áp THIBIDI được chọn:
    • Dung lượng định mức: $120\text{ kVA}$ (thỏa mãn điều kiện $S_{\text{MBA}} \ge S_{\text{tt-px}} = 120\text{ kVA}$).
    • Cấp điện áp: $22/0{,}4\text{ kV}$.
    • Tổn hao không tải: $P_0 \le 205\text{ W}$.
    • Tổn hao ngắn mạch: $P_{\text{k}} \le 1250\text{ W}$.
    • Điện áp ngắn mạch: $U_{\text{k}} \ge 4%$.

Lựa chọn cáp điện và phương án đi dây

Phương án phân phối điện kết hợp hình tia và phân nhánh:

  • Tuyến chính từ trạm biến áp về Tủ phân phối chính (TPP): Cáp ngầm chôn sâu $0{,}8\text{ m}$ trong đất qua ống nhựa PVC chuyên dụng ($K_4 = 0{,}8$).
  • Tuyến từ TPP đến các Tủ động lực (TĐL): Cáp treo trên thang cáp gắn dọc tường xưởng.
  • Tuyến từ TĐL đến các động cơ máy: Cáp đa lõi đi trong khay cáp đục lỗ hạ trực tiếp xuống từng vị trí máy.
  • Tuyến chiếu sáng và cấp điện văn phòng, kho, KCS: Luồn ống ruột gà cách điện cố định vào xà mái và tường.
Tuyến đường dây Chủng loại cáp CADIVI lựa chọn Tiết diện ruột dẫn ($\text{mm}^2$) $I_{\text{đm}}$ của cáp (A) Độ sụt áp (mV/A/m)
Từ TBA đến TPP chính Cáp hạ thế ruột đồng CVV/DTA có giáp bảo vệ $4 \times 50$ 203 $0{,}82$
Từ TPP đến TĐL Nhóm N1 Cáp ruột đồng cách điện PVC CVV $4 \times 10$ 70 $3{,}80$
Từ TPP đến TĐL Nhóm N2 Cáp ruột đồng cách điện PVC CVV $4 \times 2{,}5$ 30 $15{,}00$
Từ TPP đến TĐL Nhóm N3 Cáp ruột đồng cách điện PVC CVV $4 \times 25$ 128 $1{,}70$
Từ TPP đến Tủ chiếu sáng (TCS) Cáp ruột đồng cách điện PVC CVV $2 \times 6$ 58 $6{,}00$

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày tổng quan về nhu cầu sử dụng điện của xưởng thực hành cơ khí C41 tại Trường Đại học Trà Vinh. Tác giả phân tích đặc tính phụ tải thay đổi liên tục theo thời gian và ca học, từ đó xác lập 3 vấn đề kỹ thuật cần giải quyết gồm: tính toán phụ tải điện, thiết kế cấu trúc hệ thống điện và lựa chọn nguồn điện cấp. Chương này làm rõ mục tiêu cung cấp điện an toàn, liên tục, phạm vi nghiên cứu giới hạn trong không gian xưởng $660\text{ m}^2$, cùng phương pháp luận thu thập số liệu thực tế kết hợp tính toán theo tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 thiết lập nền tảng lý thuyết toàn diện cho việc thiết kế mạng lưới cung cấp điện công nghiệp. Nội dung bao gồm:

  • Định nghĩa phụ tải điện, bản chất biến thiên của phụ tải và phân loại đồ thị phụ tải $P(t), Q(t), A(t)$ theo các chu kỳ ngày, tháng, năm.
  • Định nghĩa và công thức xác định các đại lượng cơ bản: $P_{\text{đm}}$, $P_{\text{đ}}$, $P_{\text{tb}}$, $Q_{\text{tb}}$ và quy đổi công suất cho chế độ ngắn hạn lặp lại.
  • Các hệ số tính toán: hệ số sử dụng ($k_{\text{sd}}$), hệ số phụ tải ($k_{\text{pt}}$), hệ số cực đại ($k_{\text{max}}$), hệ số nhu cầu ($k_{\text{nc}}$), hệ số đồng thời ($k_{\text{đt}}$) và phương pháp xác định số thiết bị hiệu quả ($n_{\text{hq}}$).
  • So sánh 3 phương pháp tính phụ tải tính toán: theo công suất đặt và hệ số nhu cầu, theo suất phụ tải trên đơn vị diện tích ($P_0 \cdot F$), và theo hệ số cực đại $k_{\text{max}}$ kết hợp công suất trung bình $P_{\text{tb}}$.
  • Cơ sở chọn vị trí đặt trạm biến áp, xác định dung lượng trạm theo điều kiện làm việc bình thường và quá tải sự cố.
  • Phân tích ưu nhược điểm của các sơ đồ nối dây (hình tia, phân nhánh, hỗn hợp) và phương pháp chọn, kiểm tra tiết diện dây dẫn theo điều kiện phát nóng ($I_{\text{cp}}$), độ sụt áp ($\Delta U$) và mật độ dòng kinh tế ($J_{\text{kt}}$).

Chương 3: Tính toán cấp điện cho xưởng thực hành cơ khí C41 Trường Đại học Trà Vinh

Chương 3 là phần tính toán kỹ thuật cụ thể cho xưởng C41:

  • Khảo sát đặc điểm nhà xưởng: diện tích $30\text{ m} \times 22\text{ m} = 660\text{ m}^2$, nhiệt độ trung bình $32^\circ\text{C}$, gồm 30 động cơ, 2 phòng làm việc, 1 kho, 1 nhà vệ sinh.
  • Phân chia 30 thiết bị thành 3 nhóm phụ tải động lực (N1: 8 máy, $P_{\Sigma} = 56{,}2\text{ kW}$; N2: 9 máy, $P_{\Sigma} = 17{,}37\text{ kW}$; N3: 7 máy công suất lớn, $P_{\Sigma} = 92\text{ kW}$).
  • Xác định $n_{\text{hq}}$, tra cứu $k_{\text{max}}$ và tính toán chính xác $P_{\text{tt}}, Q_{\text{tt}}, S_{\text{tt}}, I_{\text{tt}}$ cho từng nhóm; từ đó lựa chọn các MCCB nhánh của LS ($65\text{ A}, 25\text{ A}, 125\text{ A}$).
  • Tính toán phụ tải chiếu sáng bằng đèn sợi đốt với $p_0 = 15\text{ W/m}^2$, tính ra $P_{\text{ttcs}} = 9{,}9\text{ kW}$, chọn MCCB chiếu sáng $60\text{ A}$.
  • Tổng hợp phụ tải toàn phân xưởng với hệ số đồng thời $k_{\text{đt}} = 0{,}9$, xác định $I_{\text{ttpx}} = 152\text{ A}$, chọn MCCB tổng LS $200\text{ A}$.
  • Chọn 01 máy biến áp THIBIDI dung lượng $120\text{ kVA}$, cấp điện áp $22/0{,}4\text{ kV}$.
  • Thiết lập sơ đồ nguyên lý đi dây và lựa chọn cáp CADIVI hạ thế: cáp tổng chôn ngầm CVV/DTA $4 \times 50\text{ mm}^2$, cáp nhánh N1 CVV $4 \times 10\text{ mm}^2$, N2 CVV $4 \times 2{,}5\text{ mm}^2$, N3 CVV $4 \times 25\text{ mm}^2$, chiếu sáng CVV $2 \times 6\text{ mm}^2$.

Chương 4: Kết luận và hướng phát triển đề tài

Chương 4 tổng kết các hạng mục đã hoàn thành trong đồ án bao gồm: khảo sát thực trạng xưởng C41, tính toán phụ tải động lực và chiếu sáng, lựa chọn thiết bị đóng cắt bảo vệ, chọn máy biến áp và thiết kế sơ đồ đi dây hoàn chỉnh. Tác giả thẳng thắn chỉ ra các điểm hạn chế về mặt công cụ tính toán và phạm vi thiết kế, đồng thời đề xuất các kiến nghị nâng cấp hệ thống trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  • Xác lập bộ số liệu phụ tải tính toán hoàn chỉnh cho xưởng cơ khí C41: Tổng công suất tính toán toàn xưởng đạt $P_{\text{ttpx}} = 100\text{ kW}$, $Q_{\text{ttpx}} = 75\text{ kVAr}$, $S_{\text{ttpx}} = 120\text{ kVA}$, dòng điện làm việc cực đại $I_{\text{lvmax}} = 152\text{ A}$.
  • Lựa chọn cấu hình trạm biến áp phân phối phù hợp: 01 máy biến áp THIBIDI 3 pha 2 cuộn dây $120\text{ kVA}$, $22/0{,}4\text{ kV}$, $P_0 \le 205\text{ W}$, $P_{\text{k}} \le 1250\text{ W}$, $U_{\text{k}} \ge 4%$.
  • Xác định hệ thống thiết bị đóng cắt bảo vệ MCCB hãng LS: MCCB tổng $200\text{ A}$, MCCB nhóm N1 $65\text{ A}$, MCCB nhóm N2 $25\text{ A}$, MCCB nhóm N3 $125\text{ A}$, MCCB chiếu sáng $60\text{ A}$.
  • Xác định chủng loại và tiết diện cáp điện lực CADIVI đáp ứng tiêu chuẩn phát nóng và độ sụt áp: cáp ngầm tổng CVV/DTA $4 \times 50\text{ mm}^2$, cáp nhóm N1 CVV $4 \times 10\text{ mm}^2$, cáp nhóm N2 CVV $4 \times 2{,}5\text{ mm}^2$, cáp nhóm N3 CVV $4 \times 25\text{ mm}^2$, cáp chiếu sáng CVV $2 \times 6\text{ mm}^2$.

Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất

  • Áp dụng sơ đồ phân phối kết hợp hình tia và phân nhánh: đi hình tia từ trạm biến áp đến TPP và từ TPP đến các TĐL để cô lập sự cố độc lập; đi phân nhánh từ TĐL đến các máy nhỏ để tiết kiệm chi phí cáp.
  • Giải pháp lắp đặt cáp an toàn: cáp tổng đi ngầm chôn sâu $0{,}8\text{ m}$ trong ống PVC chịu lực; cáp phân phối trong xưởng đi trên thang máng cáp gắn tường và khay đục lỗ dẫn xuống sàn; dây chiếu sáng luồn ống ruột gà gắn xà mái tôn.

Đóng góp kỹ thuật tự nêu

  • Cung cấp bản tính toán kỹ thuật hoàn chỉnh và hồ sơ thiết kế chi tiết, có tính khả thi cao, có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho công tác thi công, cải tạo hệ thống điện xưởng C41 tại Trường Đại học Trà Vinh.
  • Góp phần nâng cao độ an toàn điện cho sinh viên, giảng viên trong quá trình thực hành cơ khí và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế được văn bản ghi nhận

  1. Chưa ứng dụng phần mềm chuyên dụng: Toàn bộ quá trình tính toán phụ tải, dòng điện và kiểm tra tiết diện dây được thực hiện bằng phương pháp thủ công và bảng tra, chưa ứng dụng các phần mềm mô phỏng hay tính toán chuyên ngành (như AutoCAD Electrical, ETAP, EcoStruxure...).
  2. Cấu hình công suất cố định: Tính toán được thực hiện dựa trên danh mục thiết bị hiện hữu, chưa dự phòng công suất mở rộng cho việc lắp đặt thêm máy móc công nghệ cao trong tương lai.
  3. Giới hạn phạm vi nghiên cứu: Do giới hạn về thời gian và kinh phí, đồ án chỉ tập trung thiết kế cho duy nhất xưởng thực hành cơ khí C41, chưa mở rộng liên kết mạng hạ thế toàn trường.

Kiến nghị và hướng phát triển

  • Kiến nghị trước mắt:
    • Triển khai các giải pháp kỹ thuật tiết kiệm năng lượng cho hệ thống điện xưởng.
    • Từng bước trang bị các thiết bị điện và khí cụ điều khiển thông minh để nâng cao hiệu suất vận hành.
    • Tổ chức tập huấn an toàn điện và sử dụng điện tiết kiệm cho cán bộ, giảng viên và sinh viên thực hành.
  • Hướng mở rộng đề tài:
    • Nghiên cứu tích hợp các công nghệ năng lượng mới vào hệ thống cung cấp điện xưởng, đặc biệt là hệ thống điện mặt trời áp mái trên diện tích mái tôn $660\text{ m}^2$.
    • Mở rộng bài toán thiết kế và tối ưu hóa hệ thống cung cấp điện cho toàn bộ các khối nhà xưởng và phân khu chức năng khác trong khuôn viên Trường Đại học Trà Vinh.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng tham khảo: Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện – Điện tử, Kỹ thuật Hệ thống Điện, Quản trị Năng lượng; sinh viên thực hiện đồ án môn học Mạng cung cấp điện hoặc đồ án tốt nghiệp thiết kế điện hạ thế nhà xưởng.
  • Nội dung giá trị nhất:
    • Quy trình phân nhóm phụ tải thực tế cho phân xưởng cơ khí gồm 30 thiết bị với các dải công suất phân tán.
    • Phương pháp tính toán chi tiết số thiết bị dùng điện có hiệu quả ($n_{\text{hq}}$) và tra cứu hệ số cực đại ($k_{\text{max}}$) theo bảng biểu và đường cong kỹ thuật.
    • Phương pháp lựa chọn máy biến áp phân phối $22/0{,}4\text{ kV}$, tính chọn dòng định mức MCCB và tra cứu tiết diện cáp CADIVI, hệ số điều chỉnh lắp đặt $K_2, K_4$.

Câu hỏi thường gặp

1. Phân xưởng cơ khí C41 có đặc điểm quy mô và môi trường làm việc như thế nào trong đồ án?

Phân xưởng có dạng hình chữ nhật với chiều dài $30\text{ m}$, chiều rộng $22\text{ m}$, tổng diện tích $660\text{ m}^2$. Kết cấu xưởng gồm hai mái tôn kẽm, nền xi măng, tường quét vôi trắng, 2 cửa sắt kéo (1 chính, 1 phụ). Môi trường làm việc ít bụi, nhiệt độ trung bình trong xưởng là $32^\circ\text{C}$. Xưởng vận hành 30 động cơ, bố trí 01 kho, 01 nhà vệ sinh và 02 phòng làm việc.

2. Các thiết bị cơ khí trong xưởng được chia thành mấy nhóm phụ tải và công suất từng nhóm là bao nhiêu?

Toàn bộ thiết bị được chia làm 3 nhóm:

  • Nhóm 1 (N1): 8 thiết bị (máy tiện CNC, quạt ly tâm, máy ép ma sát...), tổng công suất đặt $P_{\Sigma} = 56{,}2\text{ kW}$, thiết bị lớn nhất $15\text{ kW}$.
  • Nhóm 2 (N2): 9 thiết bị (các máy mài, máy tiện nhỏ...), tổng công suất đặt $P_{\Sigma} = 17{,}37\text{ kW}$, thiết bị lớn nhất $4{,}37\text{ kW}$.
  • Nhóm 3 (N3): 7 thiết bị (các máy phay vạn năng, máy phay đứng, máy cắt sắt...), tổng công suất đặt $P_{\Sigma} = 92\text{ kW}$, thiết bị lớn nhất $19\text{ kW}$.

3. Máy biến áp cấp nguồn cho xưởng C41 có thông số kỹ thuật ra sao và được lắp đặt ở đâu?

Tác giả lựa chọn 01 máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây THIBIDI dung lượng định mức $120\text{ kVA}$, cấp điện áp $22/0{,}4\text{ kV}$, tổn hao không tải $P_0 \le 205\text{ W}$, tổn hao ngắn mạch $P_{\text{k}} \le 1250\text{ W}$, điện áp ngắn mạch $U_{\text{k}} \ge 4%$. Vị trí đặt trạm biến áp là độc lập ở bên ngoài, ngay sát tường phân xưởng và có rào chắn an toàn.

4. Hệ thống thiết bị đóng cắt (MCCB) của hãng LS được chọn với các giá trị định mức nào?

  • MCCB Tổng cấp cho toàn xưởng: $I_{\text{n}} = 200\text{ A}$ (dòng tính toán phân xưởng $I_{\text{ttpx}} = 152\text{ A}$, $K_{\text{at}} = 1{,}2$).
  • MCCB nhóm phụ tải N1: $I_{\text{n}} = 65\text{ A}$.
  • MCCB nhóm phụ tải N2: $I_{\text{n}} = 25\text{ A}$.
  • MCCB nhóm phụ tải N3: $I_{\text{n}} = 125\text{ A}$.
  • MCCB tủ chiếu sáng (TCS): $I_{\text{n}} = 60\text{ A}$.

5. Tuyến cáp chính từ trạm biến áp đến tủ phân phối tổng sử dụng loại cáp gì và lắp đặt như thế nào?

Tuyến cáp chính sử dụng cáp điện lực hạ thế CADIVI CVV/DTA ruột đồng, cách điện PVC, vỏ PVC có giáp bảo vệ, quy cách $4 \times 50\text{ mm}^2$ (dòng định mức $203\text{ A}$, độ sụt áp $0{,}82\text{ mV/A/m}$). Cáp được luồn trong ống nhựa cứng PVC chuyên dụng của ngành điện lực và chôn ngầm trong đất ở độ sâu $0{,}8\text{ m}$ (hệ số lắp đặt $K_4 = 0{,}8$).

Kết luận

Đồ án môn học của sinh viên Nguyễn Thành Lộc đã hoàn thành trọn vẹn việc tính toán và thiết kế hệ thống cung cấp điện hạ thế cho xưởng thực hành cơ khí C41 Trường Đại học Trà Vinh với diện tích $660\text{ m}^2$ và 30 thiết bị động lực. Bằng việc ứng dụng phương pháp hệ số cực đại $k_{\text{max}}$ kết hợp số thiết bị hiệu quả $n_{\text{hq}}$, tác giả đã xác định chính xác công suất tính toán toàn xưởng đạt $120\text{ kVA}$, lựa chọn trạm biến áp THIBIDI $120\text{ kVA}$ ($22/0{,}4\text{ kV}$) cùng hệ thống khí cụ đóng cắt LS và cáp điện lực CADIVI đồng bộ. Bản thiết kế đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, tính an toàn trong môi trường đào tạo thực hành và tạo tiền đề thuận lợi cho các nghiên cứu tích hợp năng lượng tái tạo trong tương lai.