Đồ Án Môn Học Cung Cấp Điện Tại Trường Đại Học Điện Lực

• Trường học: Trường Đại Học Điện Lực
• Chuyên ngành: Cung Cấp Điện
• Đề tài: Đồ Án Môn Học Cung Cấp Điện Tại Trường Đại Học Điện Lực
• Loại tài liệu: Đồ án

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN
• 1.1. Tính phụ tải chiếu sáng và ô cắm
• 1.2. Phụ tải thông thoáng và làm mát
• 1.3. Tính toán phụ tải động lực
• 1.4. Tổng hợp phụ tải toàn phân xưởng
• 2. CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN
• 2.1. Lựa chọn phương án trạm biến áp
• 2.2. Vị trí đặt trạm biến áp
• 2.3. Lựa chọn dây dẫn đến trạm biến áp
• 2.4. Phương án trạm biến áp
• 2.5. Lựa chọn sơ đồ cung cấp điện phân xưởng
• 2.6. Các phương án sơ bộ
• 2.7. Lựa chọn phương án tối ưu
• 3. CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ ĐIỆN
• 3.1. Tính toán ngắn mạch
• 3.2. Tính ngắn mạch phía cao áp
• 3.3. Tính ngắn mạch phía hạ áp
• 3.4. Lựa chọn và kiểm tra thiết bị điện
• 3.4.1. Lựa chọn thiết bị điện trung áp
• 3.4.2. Kiểm tra ổn định nhiệt của cáp điện
• 3.4.3. Lựa chọn thiết bị điện tủ hạ thế tổng TBA
• 3.4.4. Chọn máy biến dòng
• 4. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
• 4.1. Cơ sở tính toán bù công suất phản kháng
• 4.2. Các biện pháp bù công suất phản kháng
• 4.3. Chọn thiết bị bù
• 4.4. Tính toán và lựa chọn mạch tụ bù
• 5. CHƯƠNG 5: SỬ DỤNG EDESIGN (HOẶC ECODIAL) THIẾT KẾ SƠ ĐỒ CUNG CẤP
• 5.1. Mô phỏng và đánh giá kết quả
• 5.2. Tính toán mạng điện
• 5.3. So sánh việc tính toán bằng phần mềm E-Design với phương pháp tính toán thủ công
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• MỤC LỤC HÌNH ẢNH
• MỤC LỤC BẢNG BIỂU

I. Toàn cảnh đồ án cung cấp điện tại trường Đại học Điện Lực

Đồ án môn học Cung cấp điện là một trong những học phần cốt lõi, mang tính tổng hợp cao đối với sinh viên khoa Hệ thống điện Đại học Điện Lực (EPU). Đây không chỉ là bài tập lớn cuối kỳ mà còn là cơ hội để sinh viên áp dụng toàn bộ kiến thức lý thuyết vào một bài toán thiết kế cung cấp điện thực tế, mô phỏng công việc của một kỹ sư hệ thống điện trong tương lai. Mục tiêu của đồ án là trang bị cho sinh viên kỹ năng khảo sát, phân tích, tính toán và thiết kế một hệ thống điện hoàn chỉnh cho công trình cụ thể như nhà xưởng, chung cư. Các chỉ tiêu chính khi thực hiện đồ án bao gồm: đảm bảo độ tin cậy cung cấp, an toàn vận hành, và tối ưu chi phí đầu tư. Việc hoàn thành xuất sắc đồ án này là bước đệm quan trọng cho luận văn tốt nghiệp ngành hệ thống điện và sự nghiệp sau này.

1.1. Tầm quan trọng của môn học Cung cấp điện trong chương trình

Môn học Cung cấp điện đóng vai trò nền tảng, là cầu nối giữa lý thuyết chuyên ngành và ứng dụng thực tiễn. Kiến thức từ môn học này giúp sinh viên hiểu rõ cách một hệ thống điện vận hành, từ nguồn tổng đến thiết bị tiêu thụ cuối cùng. Sinh viên được học các phương pháp tính toán hiện đại, áp dụng các tiêu chuẩn TCVN trong thiết kế điện cũng như các tiêu chuẩn quốc tế như IEC. Theo giáo trình cung cấp điện của trường, nội dung môn học bao quát từ việc xác định nhu cầu năng lượng, lựa chọn cấu trúc lưới điện, đến các vấn đề kỹ thuật phức tạp như bảo vệ rơ-le và bù công suất. Hoàn thành đồ án môn học này chứng tỏ sinh viên đã nắm vững các kỹ năng cơ bản để trở thành một kỹ sư thiết kế điện, có khả năng giải quyết các vấn đề thực tế trong ngành năng lượng.

1.2. Cấu trúc chuẩn của một bản thuyết minh đồ án cung cấp điện

Một bản thuyết minh đồ án cung cấp điện hoàn chỉnh thường bao gồm 5 chương chính. Chương 1 tập trung vào việc xác định phụ tải tính toán, là cơ sở cho mọi tính toán sau này. Chương 2 trình bày các phương án và lựa chọn sơ đồ cung cấp điện tối ưu về kinh tế - kỹ thuật. Chương 3 đi sâu vào việc lựa chọn và kiểm tra các thiết bị điện quan trọng như máy biến áp, aptomat, dây dẫn. Chương 4 giải quyết bài toán nâng cao hiệu quả hệ thống thông qua tính toán bù công suất phản kháng. Cuối cùng, Chương 5 giới thiệu việc ứng dụng các phần mềm tính toán thiết kế điện như E-design hoặc Ecodial để mô phỏng và kiểm chứng lại kết quả. Cấu trúc này đảm bảo tính logic, khoa học và đầy đủ các hạng mục cần thiết của một dự án thiết kế thực tế.

II. Thách thức lớn nhất trong đồ án Tính toán phụ tải điện

Xác định phụ tải tính toán là bước đi đầu tiên và quan trọng nhất, quyết định đến quy mô và chi phí của toàn bộ hệ thống cung cấp điện. Một sai sót nhỏ trong giai đoạn này có thể dẫn đến việc lựa chọn thiết bị không phù hợp, gây lãng phí vốn đầu tư hoặc nghiêm trọng hơn là quá tải, mất an toàn hệ thống. Sinh viên phải đối mặt với thách thức phân tích và tổng hợp số liệu từ nhiều loại thiết bị có chế độ làm việc khác nhau. Việc tính toán phụ tải điện không chỉ là các phép tính đơn thuần mà đòi hỏi sự am hiểu về công nghệ sản xuất, quy trình vận hành của nhà xưởng hay thói quen sinh hoạt trong một tòa nhà. Đây là giai đoạn kiểm tra khả năng phân tích và tư duy hệ thống của người kỹ sư tương lai.

2.1. Phân tích phụ tải chiếu sáng ổ cắm và thông gió làm mát

Trong đồ án mẫu thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng công nghiệp, phụ tải được chia thành các nhóm nhỏ để dễ quản lý. Phụ tải chiếu sáng được tính toán dựa trên diện tích, độ rọi yêu cầu (Eye) và loại đèn sử dụng, đảm bảo điều kiện làm việc an toàn và hiệu quả. Phụ tải ổ cắm thường được quy hoạch theo mật độ trên diện tích sàn. Nhóm phụ tải thông thoáng và làm mát, như quạt hút công nghiệp, được tính toán dựa trên lưu lượng gió cần thiết để trao đổi không khí trong xưởng. Mỗi nhóm phụ tải này có hệ số công suất (cosφ) và hệ số sử dụng (ksd) riêng, cần được xác định chính xác để tổng hợp phụ tải toàn phân xưởng.

2.2. Phương pháp tính toán phụ tải động lực theo từng nhóm máy

Phụ tải động lực từ các máy móc sản xuất chiếm tỷ trọng lớn nhất. Để tính toán phụ tải động lực chính xác, cần tiến hành phân nhóm các thiết bị dựa trên vị trí địa lý và chế độ làm việc. Tài liệu của sinh viên Dương Kim Hoàng Giang đã chia các thiết bị trong phân xưởng thành 5 nhóm. Việc tính toán cho mỗi nhóm dựa trên công suất định mức của từng thiết bị, hệ số sử dụng (ku) và hệ số đồng thời (ks). Công thức tổng hợp phụ tải toàn phân xưởng phải tính đến khả năng phát triển trong tương lai và tổn thất trong mạng điện, thường lấy dự phòng từ 10-20%. Kết quả cuối cùng là công suất biểu kiến tổng (S_px) và công suất tác dụng (P_px), là cơ sở để chọn máy biến áp phân phối.

III. Hướng dẫn chọn phương án cung cấp điện cho phân xưởng

Sau khi đã có số liệu phụ tải chính xác, bước tiếp theo là xây dựng và lựa chọn phương án cung cấp điện. Đây là một bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu, cần cân bằng giữa các yếu tố: kỹ thuật, kinh tế và độ tin cậy. Một phương án tốt không chỉ đáp ứng nhu cầu hiện tại mà còn phải linh hoạt cho việc mở rộng trong tương lai. Tại Đại học Điện Lực, sinh viên được yêu cầu đề xuất ít nhất hai phương án, sau đó tiến hành so sánh kinh tế - kỹ thuật để chọn ra giải pháp tối ưu nhất. Các yếu tố được đưa ra so sánh bao gồm vốn đầu tư ban đầu, chi phí vận hành hàng năm (chủ yếu là tổn thất điện năng), và độ tin cậy cung cấp điện, đặc biệt với các phụ tải quan trọng.

3.1. Lựa chọn vị trí và công suất máy biến áp phân phối TBA

Vị trí đặt trạm biến áp (TBA) cần được đặt càng gần tâm phụ tải càng tốt để giảm thiểu tổn thất điện năng và tiết kiệm chi phí dây dẫn hạ áp. Việc xác định tâm phụ tải được thực hiện bằng phương pháp tọa độ hình học. Về công suất, đồ án thường xét hai phương án: sử dụng một máy biến áp công suất lớn hoặc hai máy công suất nhỏ hơn làm việc song song. Phương án hai máy song song có độ tin cậy cao hơn, đặc biệt quan trọng với các nhà xưởng có phụ tải loại I. Như trong đồ án tham khảo, phương án sử dụng 2 máy biến áp 250kVA được lựa chọn sau khi so sánh hàm chi phí quy đổi, cho thấy hiệu quả kinh tế tốt hơn so với dùng một máy 630kVA.

3.2. So sánh các sơ đồ đi dây để tìm ra phương án tối ưu nhất

Sơ đồ cung cấp điện cho phân xưởng thường có hai dạng chính: sơ đồ hình tia và sơ đồ mạch vòng (liên thông). Sơ đồ hình tia có thiết kế đơn giản, từ một tủ phân phối chính (TPP) cấp điện thẳng đến các tủ động lực (TĐL). Sơ đồ này dễ vận hành và bảo vệ, nhưng độ tin cậy không cao. Ngược lại, sơ đồ liên thông cho phép cấp điện dự phòng cho các tủ động lực khi một nhánh gặp sự cố, tăng cường độ tin cậy. Đồ án sẽ tiến hành tính toán chi tiết cho cả hai phương án, bao gồm việc chọn dây dẫn và aptomat, tính toán tổn thất điện áp và vốn đầu tư. Dù phương án 2 (liên thông) có tính cung cấp điện linh hoạt hơn, nhưng phương án 1 (hình tia) thường được chọn nếu chi phí đầu tư thấp hơn đáng kể và vẫn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật cho phép.

IV. Bí quyết chọn thiết bị điện cho đồ án theo tiêu chuẩn

Lựa chọn và kiểm tra thiết bị điện là chương quan trọng, thể hiện sự cẩn trọng và kiến thức chuyên sâu của người thiết kế. Mọi thiết bị, từ dao cách ly, máy cắt, aptomat đến dây dẫn, đều phải được lựa chọn dựa trên các điều kiện làm việc bình thường và đặc biệt là khi xảy ra sự cố ngắn mạch. Việc tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn TCVN trong thiết kế điện là yêu cầu bắt buộc. Một thiết bị được chọn đúng không chỉ vận hành ổn định mà còn có khả năng bảo vệ an toàn cho con người và các thiết bị khác trong hệ thống. Đây là phần nội dung mà các GVHD đồ án điện đặc biệt chú trọng khi đánh giá chất lượng của một đồ án.

4.1. Tầm quan trọng của việc tính toán ngắn mạch trong hệ thống

Việc tính toán ngắn mạch là cực kỳ quan trọng để chọn và kiểm tra độ bền của các thiết bị điện. Dòng ngắn mạch là dòng điện lớn nhất có thể xuất hiện trong hệ thống, có khả năng phá hủy thiết bị nếu chúng không được lựa chọn đúng. Sinh viên cần xác định dòng ngắn mạch tại nhiều điểm khác nhau trên sơ đồ, từ thanh cái cao áp của trạm biến áp đến các tủ động lực và thiết bị cuối nguồn. Kết quả tính toán dòng ngắn mạch ba pha (I_N) và dòng xung kích (i_xk) là cơ sở để chọn các thiết bị đóng cắt như máy cắt, aptomat có dòng cắt định mức và khả năng chịu đựng dòng ổn định động, ổn định nhiệt phù hợp. Điều này đảm bảo hệ thống có thể cô lập sự cố một cách an toàn.

4.2. Lựa chọn aptomat dao cách ly và hệ thống nối đất an toàn

Dựa trên dòng làm việc tính toán và dòng ngắn mạch, sinh viên tiến hành lựa chọn các thiết bị bảo vệ. Aptomat (MCB, MCCB) được chọn cho từng nhánh và từng thiết bị, với điều kiện dòng định mức lớn hơn dòng làm việc và dòng cắt lớn hơn dòng ngắn mạch tại điểm lắp đặt. Dao cách ly được chọn cho phía cao áp, đảm bảo khả năng đóng cắt và chịu đựng dòng sự cố. Bên cạnh đó, việc thiết kế hệ thống nối đất và chống sét cho công trình cũng là một phần không thể thiếu, nhằm đảm bảo an toàn cho người vận hành và bảo vệ thiết bị trước các hiện tượng quá áp khí quyển. Mọi lựa chọn đều cần được tra cứu từ catalogue của nhà sản xuất để có thông số chính xác.

4.3. Kỹ thuật bù công suất phản kháng để nâng cao hiệu quả

Hầu hết các phụ tải trong nhà xưởng (động cơ, máy biến áp) đều tiêu thụ công suất phản kháng (Q), làm giảm hệ số công suất cosφ của hệ thống. Hệ số cosφ thấp gây ra tổn thất công suất lớn trên đường dây và bị phạt tiền điện. Do đó, tính toán bù công suất phản kháng là một giải pháp kinh tế quan trọng. Đồ án cần xác định dung lượng tụ bù cần thiết (Q_bù) để nâng hệ số cosφ từ giá trị thực tế lên mức quy định (thường là 0.9-0.95). Việc lắp đặt các bộ tụ bù tại tủ phân phối chính hoặc các tủ động lực giúp giảm công suất biểu kiến truyền tải trên lưới, qua đó giảm tổn thất điện năng và cải thiện chất lượng điện áp, mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt.

V. Cách dùng E design mô phỏng đồ án cung cấp điện EPU

Trong thời đại công nghệ 4.0, việc sử dụng phần mềm chuyên dụng để thiết kế và mô phỏng hệ thống điện đã trở thành một kỹ năng không thể thiếu của kỹ sư. Tại Đại học Điện Lực, sinh viên được khuyến khích sử dụng các phần mềm tính toán thiết kế điện như E-design (của ABB) hoặc Ecodial (của Schneider Electric) để thực hiện đồ án. Các phần mềm này là công cụ mạnh mẽ giúp tự động hóa các bước tính toán phức tạp, lựa chọn thiết bị từ thư viện chính hãng, và kiểm tra sự phối hợp bảo vệ. Việc ứng dụng công nghệ không chỉ tăng tốc độ hoàn thành đồ án mà còn đảm bảo độ chính xác và tính chuyên nghiệp của sản phẩm thiết kế.

5.1. Thiết lập sơ đồ nguyên lý hệ thống điện trên phần mềm

Bước đầu tiên khi sử dụng E-design là vẽ lại sơ đồ nguyên lý hệ thống điện đã được lựa chọn. Người dùng sẽ nhập các thông số đầu vào như nguồn cung cấp, công suất và đặc tính của từng phụ tải. Phần mềm cho phép tùy chọn các tiêu chuẩn thiết kế (IEC, TCVN), loại dây dẫn, và điều kiện môi trường. Giao diện trực quan của E-design giúp sinh viên dễ dàng xây dựng mạng điện từ trạm biến áp, qua tủ điện tổng MSB, các tủ phân phối nhánh, và đến từng thiết bị cụ thể. Quá trình này giúp hệ thống hóa lại toàn bộ cấu trúc của đồ án một cách rõ ràng và logic.

5.2. So sánh kết quả mô phỏng và phương pháp tính toán thủ công

Sau khi thiết lập xong sơ đồ, phần mềm sẽ tự động thực hiện các phép tính toán quan trọng như: tính toán dòng phụ tải, tính toán sụt áp, và tính toán ngắn mạch. Một trong những yêu cầu của đồ án là so sánh kết quả thu được từ phần mềm với kết quả tính toán thủ công ở các chương trước. Thường sẽ có sự sai khác nhỏ do thông số trong thư viện phần mềm chi tiết hơn. Ưu điểm lớn của E-design là khả năng kiểm tra sự phối hợp bảo vệ (selectivity) giữa các cấp aptomat, đảm bảo khi có sự cố ở nhánh phụ thì chỉ aptomat nhánh đó tác động, không gây mất điện toàn hệ thống. Đây là một phân tích chuyên sâu mà tính toán thủ công khó thực hiện được.

VI. Kinh nghiệm bảo vệ đồ án cung cấp điện và hướng đi mới

Hoàn thành bản thuyết minh và bản vẽ chỉ là một phần của quá trình. Giai đoạn quan trọng cuối cùng là bảo vệ đồ án cung cấp điện trước hội đồng giảng viên. Đây là lúc sinh viên cần thể hiện sự tự tin, nắm vững kiến thức và bảo vệ được những lựa chọn thiết kế của mình. Một buổi bảo vệ thành công không chỉ mang lại điểm số cao mà còn là sự công nhận cho những nỗ lực nghiên cứu trong suốt học kỳ. Những kiến thức và kỹ năng tích lũy từ đồ án này sẽ là hành trang vô giá, mở ra nhiều cơ hội phát triển trong lĩnh vực hệ thống điện, từ việc tiếp tục nghiên cứu chuyên sâu đến làm việc tại các công ty tư vấn thiết kế, thi công M&E hàng đầu.

6.1. Chuẩn bị nội dung thuyết minh và trả lời câu hỏi phản biện

Để bảo vệ thành công, sinh viên cần chuẩn bị một bài trình bày súc tích, làm nổi bật các điểm chính của đồ án: cơ sở xác định phụ tải, lý do chọn phương án cung cấp điện, và các kết quả tính toán quan trọng. Cần dự đoán các câu hỏi mà hội đồng có thể đặt ra, ví dụ: 'Tại sao lại chọn tiết diện dây này?', 'Cơ sở nào để chọn dòng cắt của aptomat tổng?'. Việc nắm chắc bản chất vấn đề, trích dẫn được các tiêu chuẩn TCVN trong thiết kế điện và giải thích logic các quyết định của mình là chìa khóa để thuyết phục hội đồng. Sự chuẩn bị kỹ lưỡng thuyết minh đồ án cung cấp điện sẽ giúp sinh viên tự tin và chủ động trong buổi bảo vệ.

6.2. Yêu cầu đối với một bản vẽ AutoCAD cung cấp điện chuyên nghiệp

Bên cạnh thuyết minh, bản vẽ AutoCAD cung cấp điện là sản phẩm trực quan thể hiện toàn bộ kết quả thiết kế. Một bộ bản vẽ chuyên nghiệp cần rõ ràng, đúng tỷ lệ và tuân thủ các ký hiệu tiêu chuẩn. Các bản vẽ cần có bao gồm: sơ đồ nguyên lý cung cấp điện toàn phân xưởng, mặt bằng bố trí thiết bị, mặt bằng đi dây động lực và chiếu sáng, chi tiết lắp đặt tủ điện và hệ thống nối đất. Bản vẽ phải thể hiện đầy đủ thông số kỹ thuật của thiết bị, tiết diện và ký hiệu dây dẫn. Đây là kỹ năng thực hành quan trọng, phản ánh khả năng chuyển đổi từ tính toán lý thuyết sang tài liệu kỹ thuật có thể dùng để thi công.

6.3. Từ đồ án môn học đến luận văn tốt nghiệp ngành hệ thống điện

Đồ án môn học Cung cấp điện thường là tiền đề cho các đề tài nghiên cứu sâu hơn ở cấp độ luận văn tốt nghiệp ngành hệ thống điện. Sinh viên có thể phát triển các chủ đề từ đồ án, ví dụ như: 'Nghiên cứu các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong hệ thống cung cấp điện cho nhà xưởng', 'Tối ưu hóa hệ thống bù công suất phản kháng bằng bộ điều khiển tự động', hoặc 'Ứng dụng phần mềm ETAP để phân tích ổn định và bảo vệ rơ-le cho lưới điện công nghiệp'. Những kiến thức vững chắc từ đồ án môn học sẽ tạo nền tảng lý luận và thực tiễn để sinh viên hoàn thành tốt công trình nghiên cứu tốt nghiệp, khẳng định năng lực của một kỹ sư thực thụ.