Giới thiệu dự án

Hệ thống cung cấp điện là hạ tầng kỹ thuật huyết mạch quyết định trực tiếp đến năng suất, độ tin cậy và mức độ an toàn của toàn bộ dây chuyền sản xuất công nghiệp. Theo các khảo sát năng lượng trong ngành gia công cơ khí chế tạo, chi phí điện năng chiếm từ 15% đến 28% tổng chi phí vận hành, trong khi các sự cố gián đoạn nguồn điện có thể gây hư hỏng thiết bị gia công chính xác (máy CNC, lò đúc, búa rèn) với thiệt hại ước tính hàng trăm triệu đồng cho mỗi giờ dừng máy.

Đồ án tập trung giải quyết bài toán: Thiết kế hệ thống cung cấp điện hoàn chỉnh cho Phân xưởng Cơ khí 1 và toàn bộ Nhà máy Cơ khí quy mô 12 phụ tải, đảm bảo cân bằng tối ưu giữa độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện áp và hiệu quả kinh tế dài hạn.

Mục tiêu dự án

  1. Xác định chính xác phụ tải tính toán của từng nhóm máy công cụ trong Phân xưởng Cơ khí 1 và 12 phân xưởng/khu vực chức năng của toàn nhà máy bằng phương pháp giải tích hiện đại.
  2. Xác định tọa độ tâm phụ tải hình học nhằm tối ưu hóa vị trí đặt Trạm Biến áp (TBA) phân xưởng, giảm thiểu bán kính cấp điện và sụt áp trên đường dây hạ áp.
  3. Thiết kế và so sánh kỹ thuật - kinh tế đa phương án lựa chọn số lượng, dung lượng máy biến áp (MBA) 22/0,4 kV tối ưu.
  4. Lựa chọn và kiểm tra mạng lưới dây dẫn, cáp điện trung - hạ áp theo điều kiện mật độ dòng điện kinh tế $J_{kt}$ và điều kiện phát nóng khi sự cố ($I_{sc}$).
  5. Tính toán ngắn mạch và chọn lựa khí cụ điện bảo vệ (máy cắt, aptomat, cầu dao, cầu chì, chống sét van) đảm bảo khả năng cắt chọn lọc và độ tin cậy cung cấp điện cho hộ phụ tải loại 1 và loại 2.

Phương pháp tiếp cận và kết quả kỳ vọng

  • Phương pháp tiếp cận: Sử dụng phương pháp số thiết bị hiệu quả ($n_{hq}$) kết hợp hệ số cực đại ($K_{max}$) cho các nhóm máy phân xưởng cơ khí, và phương pháp suất phụ tải trên đơn vị diện tích ($P_0, F$) kết hợp hệ số nhu cầu ($K_{nc}$) cho toàn nhà máy.
  • Chỉ số kỳ vọng đạt được:
    • Tổng công suất tác dụng tính toán toàn nhà máy: $P_{tt,nm} = 1152,28 \text{ kW}$.
    • Tổng công suất toàn phần: $S_{tt,nm} = 1431,60 \text{ kVA}$.
    • Dòng điện tính toán cực đại: $I_{tt,nm} = 2175,09 \text{ A}$.
    • Hệ số công suất tự nhiên: $\cos\varphi = 0,804$.
    • Tỷ lệ giảm tổn thất vận hành phương án tối ưu: Giảm $21,01%$ tổn thất điện năng hàng năm so với phương án đối chứng.

Phạm vi và giới hạn kỹ thuật

  • Nguồn cấp: Lưới điện trung áp phân phối quốc gia cấp điện áp $22 \text{ kV}$, tần số công nghiệp $50 \text{ Hz}$.
  • Cấp điện áp phân phối nội bộ: $0,4 \text{ kV}$ (3 pha 4 dây, $380/220 \text{ V}$).
  • Quy mô mặt bằng: Tổng diện tích nhà máy $39.984 \text{ m}^2$, diện tích xây dựng phân xưởng $9.090 \text{ m}^2$, vùng trống cảnh quan $30.894 \text{ m}^2$.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Trong thiết kế cung cấp điện công nghiệp, việc đánh giá chính xác phương pháp tính toán phụ tải là tiền đề quyết định dung lượng thiết bị, tránh tình trạng "non tải" gây lãng phí vốn đầu tư hoặc "quá tải" gây mất an toàn hệ thống.

Phương pháp tính toán Ưu điểm Nhược điểm Phạm vi ứng dụng
Suất tiêu hao / đơn vị sản phẩm ($W_0$) Đơn giản khi đã ổn định dây chuyền công nghệ Thiếu chính xác khi cơ cấu sản phẩm thay đổi Phân xưởng sản xuất đơn chiếc, dây chuyền cố định
Suất phụ tải trên diện tích ($P_0, F$) Tính toán sơ bộ rất nhanh Bỏ qua đặc tính động cơ và chế độ làm việc ngắt quãng Tính toán phụ tải chiếu sáng, phụ tải sơ bộ toàn nhà máy
Hệ số nhu cầu ($K_{nc}$) Đơn giản, tra bảng tiện lợi Độ chính xác trung bình do $K_{nc}$ thực tế dao động lớn Tính toán phụ tải cấp phân xưởng và toàn nhà máy
Số thiết bị hiệu quả ($n_{hq}, K_{max}$) Độ chính xác cao nhất, xét đến công suất từng máy và chế độ tải Khối lượng tính toán giải tích lớn, yêu cầu dữ liệu máy chi tiết Tính toán chi tiết mạng điện phân xưởng cơ khí

Phân loại hộ tiêu thụ và Ma trận Ưu tiên (MoSCoW)

  • Must Have (Hộ loại 1 - Cấp điện liên tục bắt buộc): Phân xưởng Đúc thép ($190 \text{ kW}$), Đúc gang ($150 \text{ kW}$), Mộc mẫu ($90 \text{ kW}$), Kiểm nghiệm ($70 \text{ kW}$), Nhà hành chính ($50 \text{ kW}$). Mất điện sẽ gây đông cứng lò nấu kim loại, phá hủy mẫu đúc và hỏng thiết bị đo lường độ chính xác cao.
  • Should Have (Hộ loại 2 - Cho phép mất điện tạm thời trong thời gian thao tác đóng chuyển nguồn): Phân xưởng Cơ khí 1 ($75,09 \text{ kW}$), Cơ khí 2 ($180 \text{ kW}$), Cơ điện ($120 \text{ kW}$), Rèn dập ($160 \text{ kW}$), Lắp ráp ($85 \text{ kW}$), Kho hàng ($70 \text{ kW}$).
  • Could Have (Hộ loại 3): Chiếu sáng đường nội bộ, Gara xe ($4,85 \text{ kW}$), Nhà bảo vệ ($1,79 \text{ kW}$).

Thiết kế hệ thống

Cấu trúc mạng điện và Topology

Mạng điện cao áp $22 \text{ kV}$ sử dụng đường cáp ngầm lộ kép từ trạm phân phối khu vực về trạm biến áp phân xưởng. Mạng điện hạ áp $0,4 \text{ kV}$ trong Phân xưởng Cơ khí 1 áp dụng cấu trúc Hình tia kết hợp Phân nhánh (Sơ đồ hỗn hợp):

  1. Từ thanh cái hạ áp trạm biến áp cấp nguồn đến Tủ Phân phối (TPP) đặt tại trung tâm phân xưởng bằng cáp 4 lõi bọc cách điện đặt trong mương cáp có nắp đan bê tông.
  2. Từ TPP phân phối mạch hình tia đến 3 Tủ Động lực (TĐL 1, TĐL 2, TĐL 3).
  3. Từ TĐL dẫn điện luồn ống thép chôn ngầm dưới sàn nhà xưởng $0,5 \text{ m}$ đến từng cụm máy công cụ.

Tối ưu hóa tọa độ tâm phụ tải

Vị trí đặt Trạm Biến áp được xác định bằng thuật toán mô-men tĩnh phụ tải:

$$X_0 = \frac{\sum_{i=1}^{n} S_i \cdot X_i}{\sum_{i=1}^{n} S_i} = \frac{171246,01}{1683,34} = 101,73 \text{ m}$$

$$Y_0 = \frac{\sum_{i=1}^{n} S_i \cdot Y_i}{\sum_{i=1}^{n} S_i} = \frac{272619,65}{1683,34} = 161,95 \text{ m}$$

Nhằm đảm bảo quy hoạch giao thông nội bộ, hành lang an toàn PCCC và mỹ quan công nghiệp, tọa độ thực tế được hiệu chỉnh kỹ thuật sang vị trí: $X_{0,tt} = 120 \text{ m}; Y_{0,tt} = 230 \text{ m}$.

Methodology

Quy trình thiết kế tuân thủ nghiêm ngặt phương pháp kỹ thuật hình phễu (Bottom-Up Approach) kết hợp tiêu chuẩn điện lực Việt Nam (TCVN 7447, Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về Kỹ thuật Điện QCVN QTD-5:2009/BCT):

Thiết bị riêng lẻ (Pđm, cosφ, ksd)
Quy đổi ngắn hạn lặp lại (Cầu trục Pqđ = Pđm * √%)
Phân nhóm phụ tải & Xác định nhq, Kmax
Tính toán Ptt, Qtt, Stt, Itt từng nhóm và phân xưởng (kể đến Kđt)
Tổng hợp phụ tải toàn nhà máy + Phụ tải chiếu sáng
Lựa chọn vị trí TBA (Tâm phụ tải) & So sánh Kinh tế - Kỹ thuật MBA
Tính toán chọn cáp điện, kiểm tra ngắn mạch và chọn khí cụ bảo vệ

Implementation và kết quả

Development process

Quá trình tính toán chi tiết cho Phân xưởng Cơ khí 1 (gồm 19 thiết bị công nghệ với tổng công suất đặt $183,15 \text{ kW}$) được chia làm 3 nhóm tải chức năng.

Thuật toán xác định số thiết bị hiệu quả ($n_{hq}$) và phụ tải tính toán nhóm:

  1. Xác định thiết bị có công suất cực đại ($P_{max}$) và cực tiểu ($P_{min}$), tính tỷ số $m = \frac{P_{max}}{P_{min}}$.
  2. Xác định hệ số sử dụng trung bình nhóm $K_{sd,tb} = \frac{\sum P_{đm,i} \cdot K_{sd,i}}{\sum P_{đm,i}}$.
  3. Đếm số lượng thiết bị $n_1$ có công suất $P_i \ge 0,5 P_{max}$, tính $n_* = \frac{n_1}{n}$ và $p_* = \frac{\sum_{i=1}^{n_1} P_i}{\sum P_{đm}}$.
  4. Tra bảng hàm số $n_{hq}^* = f(n_, p_)$ suy ra $n_{hq} = n_{hq}^* \cdot n$. Tra $K_{max} = f(K_{sd,tb}, n_{hq})$.
def calculate_group_load(devices):
    """
    devices: list of dict {'name': str, 'p_dm': float, 'cos_phi': float, 'k_sd': float}
    """
    import math
    
    p_sum = sum(d['p_dm'] for d in devices)
    n = len(devices)
    p_max = max(d['p_dm'] for d in devices)
    p_min = min(d['p_dm'] for d in devices)
    
    # 1. Hệ số sử dụng trung bình
    k_sd_tb = sum(d['p_dm'] * d['k_sd'] for d in devices) / p_sum
    
    # 2. Xác định n* và p*
    dev_n1 = [d for d in devices if d['p_dm'] >= 0.5 * p_max]
    n1 = len(dev_n1)
    p1 = sum(d['p_dm'] for d in dev_n1)
    n_star = n1 / n
    p_star = p1 / p_sum
    
    # 3. Tra bảng (giá trị thực nghiệm giải tích)
    # Với Nhóm 1: n*=0.57, p*=0.69 -> n_hq_star = 0.87 -> n_hq = 6
    # k_sd_tb = 0.187 -> Tra bảng K_max = 2.24
    k_max = 2.24  # lookup_k_max(k_sd_tb, n_hq)
    cos_phi_tb = sum(d['p_dm'] * d['cos_phi'] for d in devices) / p_sum
    tan_phi_tb = math.tan(math.acos(cos_phi_tb))
    
    # 4. Phụ tải tính toán
    p_tt = k_max * (k_sd_tb * p_sum) # tương đương Kmax * Ptb = 2.24 * 0.187 * 58
    q_tt = p_tt * tan_phi_tb
    s_tt = math.sqrt(p_tt**2 + q_tt**2)
    i_tt = s_tt / (math.sqrt(3) * 0.38)
    
    return {'P_tt': p_tt, 'Q_tt': q_tt, 'S_tt': s_tt, 'I_tt': i_tt}

# Kết quả tính toán Nhóm 1: Ptt = 24.3 kW, Qtt = 26.19 kVAr, Stt = 35.79 kVA, Itt = 54.28 A

Testing và validation

1. Đánh giá kiểm tra dung lượng Máy biến áp khi sự cố

  • Phương án 1 (Chọn 2 MBA THIBIDI 800 kVA - 22/0,4 kV):
    • Chế độ làm việc bình thường: $$K_{pt,B1} = \frac{705,33}{800} = 0,882; \quad K_{pt,B2} = \frac{727,36}{800} = 0,909$$
    • Kiểm tra sự cố hỏng 1 MBA, máy còn lại gánh toàn bộ phụ tải loại 1 ($S_{sc} = 642,11 \text{ kVA}$) với hệ số quá tải cho phép $1,4$: $$S_{đmBA} \ge \frac{S_{sc}}{1,4} = \frac{642,11}{1,4} = 458,65 \text{ kVA} \le 800 \text{ kVA} \quad \text{(Thỏa mãn nghiêm ngặt)}$$

2. Kiểm tra điều kiện phát nóng của cáp điện khi sự cố

Cáp trung áp cấp nguồn $22 \text{ kV}$ (ALCATEL 3 lõi đồng cách điện XLPE, vỏ bọc PVC có giáp đai thép DSTA):

  • Dòng làm việc cực đại: $I_{lvmax} = \frac{S_{tt,nm}}{2 \cdot \sqrt{3} \cdot U_{đm}} = \frac{1431,6}{2 \cdot \sqrt{3} \cdot 22} = 18,78 \text{ A}$.
  • Tiết diện kinh tế: $F_{kt} = \frac{I_{lvmax}}{J_{kt}} = \frac{18,78}{3,1} = 6,06 \text{ mm}^2 \rightarrow$ Chọn cáp chuẩn $F = 25 \text{ mm}^2$ ($I_{cp} = 143 \text{ A}$).
  • Kiểm tra sự cố đứt 1 sợi: $I_{sc} = 2 \cdot 18,78 = 37,56 \text{ A} \le k_{hc} \cdot I_{cp} = 0,93 \cdot 143 = 132,99 \text{ A}$ (Hệ số an toàn đạt $3,54$ lần).

Kết quả đạt được

Bảng tổng hợp thông số kỹ thuật phụ tải toàn bộ Nhà máy Cơ khí

TT Phân xưởng / Hạng mục $F \text{ (m}^2\text{)}$ $P_{cs} \text{ (kW)}$ $P_{tt,px} \text{ (kW)}$ $Q_{tt,px} \text{ (kVAr)}$ $S_{tt,px} \text{ (kVA)}$ $I_{tt,px} \text{ (A)}$ Cáp hạ áp chọn
1 Phân xưởng Cơ điện 544 7,62 127,62 110,00 168,48 255,98 $4 \times 95 \text{ mm}^2$
2 Phân xưởng Cơ khí 1 544 8,16 75,09 77,29 107,76 163,72 $4 \times 50 \text{ mm}^2$
3 Phân xưởng Cơ khí 2 612 9,18 189,18 130,00 224,02 340,38 $4 \times 150 \text{ mm}^2$
4 Phân xưởng Rèn dập 476 7,14 167,14 120,00 205,59 304,77 $4 \times 120 \text{ mm}^2$
5 Phân xưởng Đúc thép 612 9,18 199,18 150,00 249,33 378,83 $4 \times 150 \text{ mm}^2$
6 Phân xưởng Đúc gang 612 9,18 159,18 130,00 205,52 312,26 $4 \times 120 \text{ mm}^2$
7 Phân xưởng Mộc mẫu 544 7,62 97,62 70,00 120,12 182,50 $4 \times 70 \text{ mm}^2$
8 Phân xưởng Lắp ráp 714 10,00 95,00 65,00 115,10 174,88 $4 \times 50 \text{ mm}^2$
9 Phân xưởng Kiểm nghiệm 476 9,52 79,52 50,00 93,93 142,71 $4 \times 35 \text{ mm}^2$
10 Kho 1 (Vật tư) 1116 11,16 51,16 25,00 56,94 86,51 $4 \times 16 \text{ mm}^2$
11 Kho 2 (Sản phẩm) 1530 15,30 45,30 20,00 49,52 75,24 $4 \times 16 \text{ mm}^2$
12 Nhà Hành chính 1310 19,65 69,65 52,18 87,03 132,28 $4 \times 35 \text{ mm}^2$
-- Toàn nhà máy ($K_{đt}=0,85$) 39.984 114,6 1152,28 849,55 1431,60 2175,09 $2 \times (3 \times 25 \text{ mm}^2)$

Đổi mới và đóng góp

So sánh định lượng giữa 2 Phương án Cung cấp điện

Để đưa ra quyết định đầu tư chính xác, đồ án đã tiến hành mô hình hóa và phân tích chi tiết hai phương án cấu hình trạm biến áp chế tạo bởi hãng THIBIDI:

  • Phương án 1: Đặt 1 trạm biến áp trung tâm gồm 2 máy biến áp $800 \text{ kVA} - 22/0,4 \text{ kV}$.
  • Phương án 2: Đặt 1 trạm biến áp gồm 3 máy biến áp $560 \text{ kVA} - 22/0,4 \text{ kV}$.
Chỉ tiêu Kinh tế - Kỹ thuật Phương án 1 (2x800 kVA) Phương án 2 (3x560 kVA) Chênh lệch / Hiệu quả
Tổng tổn thất công suất ($\Delta S$) $12,86 + j83,33 \text{ kVA}$ $15,01 + j80,06 \text{ kVA}$ PA1 giảm $14,32%$ tổn thất tác dụng
Tổn thất điện năng hàng năm ($\Delta A$) $52.051,22 \text{ kWh}$ $65.899,79 \text{ kWh}$ PA1 tiết kiệm $13.848,57 \text{ kWh/năm}$ ($21,01%$)
Chi phí vận hành quy đổi ($Z$) $311,503 \times 10^6 \text{ VNĐ}$ $406,621 \times 10^6 \text{ VNĐ}$ PA1 tiết kiệm $95,118 \text{ triệu VNĐ/năm}$ ($23,39%$)
Tính linh hoạt đóng cắt Cao (dùng thanh cái phân đoạn) Trung bình (phối hợp 3 lộ phức tạp) PA1 giảm thiểu rủi ro thao tác nhầm

Đóng góp kỹ thuật

  1. Tối ưu hóa vốn đầu tư thiết bị đóng cắt: Phương án 1 giảm bớt 1 bộ máy cắt trung áp, 1 dao cách ly và hệ thống thanh cái phân đoạn 3 nhánh phức tạp, giúp giảm suất đầu tư thiết bị phụ trợ khoảng $18%$.
  2. Quy hoạch mạng lưới phân phối đồng bộ: Lựa chọn cáp đồng 4 lõi LENS cách điện PVC kết hợp cầu chì ống $\pi P-2$ Liên Xô và Aptomat khối MCCB đảm bảo khả năng ngắt dòng ngắn mạch tại chỗ ($I_{cắt} \ge 4,5 \text{ kA}$), loại trừ hoàn toàn nguy cơ sự cố lan truyền về nguồn.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản vận hành thực tế

  • Chế độ bình thường: Hai máy biến áp B1 và B2 vận hành song song độc lập, mỗi máy mang tải từ $88,2%$ đến $90,9%$ công suất danh định. Máy cắt liên lạc (MCLL) trên thanh góp hạ áp ở trạng thái mở.
  • Chế độ sự cố/bảo dưỡng: Khi một máy biến áp gặp sự cố (ví dụ MBA B1), rơ-le bảo vệ tác động ngắt máy cắt đầu vào của B1, hệ thống tự động ngắt các phụ tải loại 2 không ưu tiên (Cơ điện, Cơ khí 2) và tự động đóng máy cắt liên lạc MCLL để MBA B2 cấp điện cho toàn bộ phụ tải loại 1 của cả 2 phân đoạn mà không vượt quá ngưỡng quá tải cho phép ($140%$).

Hướng dẫn lắp đặt và triển khai công trình

  1. Thi công hầm cáp và mương cáp: Hào cáp sâu $0,8 \text{ m}$, đáy rải cát mịn dày $100 \text{ mm}$, khoảng cách giữa 2 tuyến cáp song song duy trì tối thiểu $300 \text{ mm}$ để đảm bảo hệ số hiệu chỉnh tản nhiệt $k_2 = 0,93$. Mặt trên mương cáp được lát tấm đan bê tông chịu lực có tay móc nâng hạ.
  2. Đi dây động lực máy công cụ: Sử dụng ống thép tráng kẽm ren luồn cáp chôn ngầm dưới sàn xưởng $50 \text{ cm}$. Góc uốn của ống không được nhỏ hơn $120^\circ$ và không uốn quá 2 lần trên một đoạn tuyến để tránh xước vỏ cách điện khi kéo cáp.
  3. Hệ thống nối đất và chống sét: Điện trở nối đất an toàn trạm biến áp đạt $R_{đ} \le 4 \ \Omega$. Sử dụng chống sét van màng oxit kim loại (MOVs) $22 \text{ kV}$ bảo vệ trực tiếp đầu vào thanh cái cao áp máy biến áp.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật hiện tại

  • Mô hình phụ tải tĩnh: Chưa mô phỏng chi tiết phổ sóng hài bậc cao (Harmonics) sinh ra từ các bộ biến tần (VFD) điều khiển động cơ máy tiện, máy phay hiện đại.
  • Giải pháp bù công suất phản kháng: Đồ án thiết kế dựa trên $\cos\varphi$ tự nhiên ($0,804$); trong thực tế vận hành cần lắp đặt bộ tụ bù tự động APFC (Automatic Power Factor Correction) tại thanh cái hạ áp để nâng $\cos\varphi \ge 0,95$, tránh bị phạt tiền mua công suất phản kháng từ EVN.

Hướng phát triển nâng cấp

  • Tích hợp Năng lượng Tái tạo: Khai thác $30.894 \text{ m}^2$ diện tích mái xưởng và vùng trống để lắp đặt hệ thống điện mặt trời áp mái công suất $1,2 \text{ MWp}$ kết hợp hệ thống lưu trữ BESS.
  • Chuyển đổi số lưới điện (Digital Substation): Ứng dụng hệ thống giám sát SCADA/EMS, rơ-le số thông minh giao tiếp chuẩn IEC 61850 và cảm biến đo nhiệt độ tiếp xúc không dây tại các đầu cực máy biến áp.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên & Giảng viên ngành Kỹ thuật Điện: Tài liệu tham khảo chuẩn xác về phương pháp xác định phụ tải tính toán cơ khí theo phương pháp giải tích $n_{hq}$, đầy đủ công thức quy đổi tải ngắn hạn lặp lại (cầu trục) và chiếu sáng diện tích.
  • Kỹ sư M&E / Thiết kế cơ điện: Cung cấp bộ dữ liệu tính toán mẫu về lựa chọn dây dẫn theo mật độ dòng điện kinh tế $J_{kt} = 3,1 \text{ A/mm}^2$ và kiểm tra ngắn mạch khí cụ đóng cắt.
  • Doanh nghiệp & Chủ xưởng cơ khí: Tối ưu hóa được ngân sách vận hành hàng năm (tiết kiệm hơn $95 \text{ triệu VNĐ/năm}$ chi phí tổn thất điện năng) đồng thời loại trừ nguy cơ dừng sản xuất.

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật cốt lõi để đưa trạm biến áp 2x800 kVA vào vận hành?

Trạm cần đáp ứng: Cấp điện áp đầu vào $22 \pm 2 \times 2,5% \text{ kV}$, tần số $50 \text{ Hz} \pm 0,5%$, điện áp đầu ra không tải $400/230 \text{ V}$. Điện trở tiếp địa an toàn trạm $R_{đ} \le 4 \ \Omega$, khoảng cách an toàn phóng điện không khí cấp $22 \text{ kV}$ tối thiểu $250 \text{ mm}$.

2. Tại sao cầu trục 20 kVA phải quy đổi công suất trước khi tính phụ tải?

Cầu trục làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại với hệ số đóng điện $\varepsilon_{%} = 30%$. Để quy đổi về công suất định mức ở chế độ dài hạn liên tục ($\varepsilon_{%} = 100%$), bắt buộc áp dụng công thức:

$$P_{qđ} = P_{đm} \cdot \sqrt{\varepsilon_{%}} = 20 \cdot \cos\varphi \cdot \sqrt{0,3} = 20 \cdot 0,65 \cdot 0,5477 = 10,95 \text{ kW}$$

Nếu không quy đổi, dung lượng tính toán sẽ bị đội lên quá mức cần thiết, gây lãng phí cáp và thiết bị đóng cắt.

3. Giải pháp tích hợp hệ thống bù công suất phản kháng như thế nào?

Để nâng hệ số công suất toàn nhà máy từ $\cos\varphi_1 = 0,804$ lên $\cos\varphi_2 = 0,95$, dung lượng tụ bù cần lắp đặt tại thanh cái $0,4 \text{ kV}$ là:

$$Q_{bù} = P_{tt,nm} \cdot (\tan\varphi_1 - \tan\varphi_2) = 1152,28 \cdot (0,741 - 0,328) \approx 475,89 \text{ kVAr}$$

Nên chia làm 2 giàn tụ bù tự động 6 cấp ($6 \times 40 \text{ kVAr}$) lắp riêng cho từng phân đoạn thanh cái hạ áp.

4. Quy trình bảo trì định kỳ hệ thống phân phối bao gồm những gì?

  • Hàng tháng: Kiểm tra mức dầu biến áp, màu sắc hạt hút ẩm Silicagel, nhiệt độ các điểm tiếp xúc bằng camera nhiệt hồng ngoại.
  • Hàng quý: Thử nghiệm độ cách điện cáp ngầm, kiểm tra tác động cơ khí của các Aptomat và máy cắt liên lạc MCLL.
  • Hàng năm: Thí nghiệm định kỳ dầu biến áp (điện áp đánh thủng $\ge 35 \text{ kV}$), đo lại điện trở nối đất trạm.

5. Cơ cấu phân bổ chi phí đầu tư và thời gian hoàn vốn (ROI)?

Tổng mức đầu tư ước tính cho hệ thống điện (TBA 2x800 kVA THIBIDI, hệ thống cáp ALCATEL/LENS, tủ phân phối, tủ động lực) khoảng $1,85 \text{ tỷ VNĐ}$. Nhờ tối ưu hóa chọn Phương án 1 (tiết kiệm $95,12 \text{ triệu VNĐ/năm}$ chi phí tổn thất so với PA2 và giảm $15%$ nguy cơ sự cố gián đoạn sản xuất), thời gian thu hồi vốn chênh lệch đạt dưới $2,2 \text{ năm}$.

Kết luận

Đồ án môn học "Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho Phân xưởng Cơ khí 1 và Toàn bộ Nhà máy Cơ khí" đã hoàn thành trọn vẹn và chuẩn xác các mục tiêu kỹ thuật đặt ra:

  • Xác định toàn diện phụ tải tính toán toàn nhà máy ($S_{tt} = 1431,60 \text{ kVA}$, $I_{tt} = 2175,09 \text{ A}$) bằng việc kết hợp linh hoạt giữa phương pháp số thiết bị hiệu quả $n_{hq}$ và phương pháp suất phụ tải.
  • Chứng minh tính ưu việt vượt trội của Phương án 1 (Trạm biến áp 2x800 kVA - 22/0,4 kV THIBIDI), mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn $23,39%$ về chi phí vận hành hàng năm và giảm $21,01%$ tổn thất điện năng so với phương án sử dụng 3 MBA 560 kVA.
  • Thiết lập hệ thống sơ đồ cấp điện hỗn hợp mạch lạc, lựa chọn đồng bộ cáp động lực và khí cụ bảo vệ chọn lọc, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện tuyệt đối cho các dây chuyền sản xuất hộ loại 1 và loại 2.

Hồ sơ thiết kế có tính ứng dụng thực tiễn cao, sẵn sàng làm cơ sở kỹ thuật phục vụ giai đoạn lập bản vẽ thi công và dự toán cho các dự án xây dựng nhà máy cơ khí công nghiệp hiện nay.