Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong hệ thống sản xuất công nghiệp, mạng lưới cung cấp điện đóng vai trò huyết mạch, quyết định trực tiếp đến tính liên tục, độ tin cậy và an toàn vận hành của toàn bộ dây chuyền công nghệ. Đồ án môn học "Thiết kế cung cấp điện" của tác giả Lê Anh Dũng (Khoa Điện – Điện Tử, Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh, năm 2019) tập trung giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật cung cấp điện hoàn chỉnh cho một nhà máy dệt may, cụ thể là Phân xưởng sợi (Đề số 13).

Bối cảnh thực tiễn của đối tượng nghiên cứu mang tính chất đặc thù của công nghiệp dệt sợi:

  • Máy móc vận hành chủ yếu là động cơ điện xoay chiều ba pha, làm việc với mật độ cao, tần suất liên tục và phụ tải kéo dài theo ca sản xuất.
  • Nguồn cấp điện nhận trực tiếp từ lưới điện phân phối quốc gia cấp điện áp trung thế 22 kV, sau đó hạ áp xuống cấp hạ thế 0,4 kV (380/220 V) để cấp cho toàn bộ phụ tải động lực và chiếu sáng.
  • Môi trường phân xưởng đòi hỏi cao về an toàn phòng chống cháy nổ, bảo đảm mỹ quan công nghiệp và thuận tiện cho công tác bảo trì; do đó toàn bộ tuyến cáp từ trạm biến áp đến tủ phân phối chính và các tủ động lực được thiết kế đi trong ống cách điện ngầm hoặc máng cáp chuyên dụng.

Mục tiêu và các nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể của đồ án được xác lập theo 6 nội dung chính:

  1. Khảo sát mặt bằng công nghệ, phân loại và phân nhóm các cụm phụ tải động lực trong phân xưởng.
  2. Xác định tọa độ tâm phụ tải hình học và tính toán phụ tải tính toán (công suất tác dụng, phản kháng, biểu kiến, dòng điện định mức, dòng khởi động và dòng đỉnh nhọn) cho từng thiết bị, từng nhóm tủ động lực, tủ sinh hoạt và hệ thống chiếu sáng.
  3. Lựa chọn dung lượng, số lượng, cấp điện áp và chủng loại máy biến áp phân xưởng; tính toán bù công suất phản kháng nhằm nâng cao hệ số công suất $\cos\varphi$.
  4. Tính toán và lựa chọn tiết diện cáp hạ thế, dây trung tính, dây nối đất bảo vệ (PE); kiểm tra độ sụt áp trong điều kiện vận hành bình thường và khi khởi động động cơ lớn nhất; tính toán dòng ngắn mạch ba pha, một pha và lựa chọn thiết bị đóng cắt bảo vệ (ACB, MCCB).
  5. Thiết kế hệ thống nối đất an toàn và hệ thống chống sét đánh trực tiếp cho công trình.
  6. Thiết kế, kiểm tra phân bố độ rọi và bố trí bộ đèn chiếu sáng công nghiệp bằng phần mềm chuyên dụng DIALux.

Đối tượng và phạm vi thiết kế:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống cung cấp điện hạ thế, trạm biến áp phân xưởng, thiết bị bảo vệ và chiếu sáng của phân xưởng sản xuất sợi.
  • Phạm vi không gian: Mặt bằng phân xưởng công nghiệp dạng hình chữ nhật có kích thước Dài $\times$ Rộng $= 90\text{ m} \times 60\text{ m}$ (diện tích sàn $5.400\text{ m}^2$).
  • Phạm vi kỹ thuật: Lưới điện từ điểm đấu nối trung thế 22 kV đến các tủ động lực (TĐL1 đến TĐL8), tủ phân phối chính (TPPC), tủ sinh hoạt (TSH), tủ chiếu sáng (TCS) và các đầu cực máy sản xuất (máy nén khí, máy lọc bụi, máy điều không, máy hấp sợi, máy se, máy cúi, máy thô, máy con).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án áp dụng hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế cung cấp điện công nghiệp hiện hành, kết hợp lý thuyết giải tích và phần mềm mô phỏng kỹ thuật số:

1. Khung lý thuyết và mô hình tính toán

  • Mô hình phụ tải tính toán: Sử dụng phương pháp số thiết bị hiệu quả ($n_{hq}$) và hệ số cực đại ($K_{max}$) theo quan hệ hàm số $K_{max} = f(K_{sd}, n_{hq})$. Công thức tính số thiết bị hiệu quả: $$n_{hq} = \frac{(\sum P_{đm})^2}{\sum P_{đm}^2}$$ Công suất tác dụng và phản kháng tính toán của nhóm phụ tải được xác định qua công suất trung bình ($P_{tb} = P_{đm} \cdot K_{sd}$, $Q_{tb} = P_{tb} \cdot \tan\varphi$) và các hệ số quy đổi ($P_{tt} = P_{tb} \cdot K_{max}$; $Q_{tt} = 1{,}1 \cdot Q_{tb}$ khi $n_{hq} < 10$).
  • Mô hình xác định tâm phụ tải: Dựa trên phương pháp mô-men tĩnh tĩnh học, định vị tọa độ trọng tâm phụ tải $(X, Y)$ theo công suất tác dụng định mức của từng máy và từng tủ động lực: $$X = \frac{\sum (P_i \cdot X_i)}{\sum P_i}, \quad Y = \frac{\sum (P_i \cdot Y_i)}{\sum P_i}$$
  • Lý thuyết tính toán bù công suất phản kháng: Nâng cao hệ số công suất từ giá trị tự nhiên $\cos\varphi_{trước_bù}$ lên giá trị yêu cầu của ngành điện $\cos\varphi_{sau_bù} \ge 0{,}90$ thông qua công thức dung lượng bù: $$Q_{bù} = P_{tt} \cdot (\tan\varphi_{trước_bù} - \tan\varphi_{sau_bù})$$
  • Lý thuyết tính chọn dây dẫn và sụt áp: Chọn tiết diện dây theo điều kiện phát nóng phát nhiệt cho phép ($I_{cp} \ge \frac{I_{lvmax}}{K_1 \cdot K_2}$) kết hợp kiểm tra độ sụt áp giới hạn cho phép $\Delta U% \le 5%$ theo công thức: $$\Delta U = \frac{P_{tt} \cdot R_{d} + Q_{tt} \cdot X_{d}}{U_{đm}}$$
  • Lý thuyết thiết kế chiếu sáng: Phương pháp hệ số sử dụng quang thông ($U$), tính toán chỉ số không gian địa điểm ($K = \frac{a \cdot b}{h_{tt} \cdot (a + b)}$), xác định số lượng bộ đèn theo quang thông tổng kết hợp đồ thị đường cong Kruithof về vùng tiện nghi nhiệt độ màu và độ rọi.

2. Phương pháp nghiên cứu và công cụ kỹ thuật

  • Phương pháp tính toán giải tích kỹ thuật: Thiết lập bảng biểu tính toán chi tiết từng bước cho 8 nhóm phụ tải động lực, tổng hợp phụ tải theo cấp từ thiết bị $\to$ tủ động lực $\to$ tủ phân phối chính $\to$ đầu cực thứ cấp máy biến áp.
  • Phương pháp mô phỏng số: Sử dụng phần mềm DIALux để dựng mô hình không gian 3D của các phân xưởng, nhập đường cong phân bố ánh sáng (photometric data) của đèn huỳnh quang công nghiệp T8, tính toán chính xác trường độ rọi trung bình ($E_{tb}$), độ đồng đều ($U_0$) trên bề mặt làm việc cao $1\text{ m}$.

3. Nguồn dữ liệu sử dụng

  • Số liệu mặt bằng và thông số danh định thiết bị máy dệt sợi từ Đề số 13 (Bộ môn Cung cấp điện).
  • Tài liệu hướng dẫn đồ án môn học Thiết kế cung cấp điện (Khoa Điện – Điện tử, ĐHBK TP.HCM).
  • Catalogue kỹ thuật của các nhà sản xuất thiết bị điện: Máy biến áp ba pha Tổng công ty Thiết bị điện Đông Anh, tụ bù hạ thế hãng Samwha (Hàn Quốc), khí cụ đóng cắt hạ thế (ACB, MCCB) của hãng Mitsubishi Electric, bảng tra thông số cáp đồng hạ thế CVV, CXV và bảng tra hệ số hiệu chỉnh môi trường.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống cung cấp điện phân xưởng sợi được thiết kế theo cấu trúc hình tia phân cấp, đảm bảo độ tin cậy và phân vùng sự cố rõ ràng:

Nguồn lưới trung thế 22 kV
[Máy biến áp Đông Anh 1600 kVA - 22/0,4 kV]
[Tủ Phân Phối Chính (TPPC)]

Thông số thiết kế và chủng loại thiết bị chính

  • Trạm biến áp: 01 Máy biến áp 3 pha Đông Anh công suất $1.600\text{ kVA}$, cấp điện áp $22/0{,}4\text{ kV}$, tổ đấu dây $\Delta/Y_0-11$, tổn hao không tải $P_0 = 2{,}4\text{ kW}$, tổn hao ngắn mạch $P_k = 15\text{ kW}$, điện áp ngắn mạch $U_k% = 6%$.
  • Hệ thống bù phản kháng: Lắp đặt tập trung tại thanh cái tủ TPPC gồm 7 bộ tụ bù 3 pha Samwha mã hiệu SMB-35075KT ($U_{đm} = 380\text{ V}$, dung lượng mỗi bộ $75\text{ kVAr}$), tổng dung lượng bù thực tế $Q_{bù} = 525\text{ kVAr}$, bù tự động theo nhiều cấp đóng ngắt.
  • Hệ thống đường cáp:
    • Tuyến MBA $\to$ TPPC: Cáp đồng CVV 1 lõi cách điện PVC, tiết diện $6 \times (4 \times 1\text{C} \times 400\text{ mm}^2)$, dây trung tính $3 \times 240\text{ mm}^2$.
    • Tuyến TPPC $\to$ TĐL và máy: Cáp đồng CXV nhiều lõi cách điện XLPE, vỏ PVC không giáp, kích cỡ từ $4\text{C} \times 4\text{ mm}^2$ đến $3\text{C} \times 120\text{ mm}^2$.
  • Khí cụ bảo vệ: Máy cắt không khí (ACB) 4 cực đặt tại đầu nguồn TPPC; các aptomat khối (MCCB) 4 cực của Mitsubishi đặt tại đầu vào các tủ TĐL và MCCB 3 cực tại các nhánh cấp cho từng máy công tác, tích hợp bộ chỉnh định Trip Unit bảo vệ quá tải và ngắn mạch.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu mặt bằng, phụ tải, phân nhóm, sơ đồ đi dây

Chương này giới thiệu tổng quan về dây chuyền công nghệ phân xưởng sợi với kích thước mặt bằng $90\text{ m} \times 60\text{ m}$. Toàn bộ các thiết bị công nghệ được chia thành 8 nhóm phụ tải động lực tương ứng với 8 tủ động lực (TĐL1 đến TĐL8). Việc phân nhóm tuân thủ nghiêm ngặt 4 nguyên tắc kỹ thuật:

  • Các máy trong cùng một nhóm được bố trí gần nhau về mặt vị trí hình học nhằm giảm thiểu chiều dài cáp nhánh hạ thế, giảm chi phí đầu tư kim loại màu và hạn chế tổn thất điện năng.
  • Các thiết bị có cùng chế độ vận hành (làm việc dài hạn liên tục, hệ số sử dụng $K_{sd}$ tương đồng) được xếp vào cùng một nhóm để đồng nhất phương thức cấp nguồn.
  • Tổng công suất tác dụng định mức của các nhóm được san đều ở mức xấp xỉ nhau, tạo điều kiện chuẩn hóa dung lượng và kích cỡ vỏ tủ động lực.
  • Số lượng thiết bị ra từ mỗi tủ động lực được khống chế trong khoảng từ 8 đến 12 nhánh, phù hợp với dung lượng đấu nối tiêu chuẩn của tủ phân phối công nghiệp.

Chương 2: Xác định phụ tải tính toán: Chiếu sáng, tủ động lực

Chương 2 thực hiện khối lượng tính toán chi tiết về tọa độ hình học và thông số điện của phân xưởng:

  1. Xác định tâm phụ tải: Thiết lập gốc tọa độ $(0,0)$ tại góc dưới bên trái mặt bằng. Tác giả tính toán tọa độ trọng tâm phụ tải cho từng nhóm, sau đó hiệu chỉnh vị trí đặt tủ TĐL1 về sát tường tại tọa độ $X_{TĐL1} = 2{,}2\text{ m}$ để thuận tiện đi dây âm sàn và thao tác bảo dưỡng. Tọa độ tâm phụ tải của toàn bộ phân xưởng (vị trí tối ưu đặt tủ TPPC) được tính toán đạt $X = 47{,}2\text{ m}$, $Y = 30\text{ m}$.
  2. Tính toán phụ tải động lực: Áp dụng phương pháp $n_{hq}$ và $K_{max}$ cho 8 tủ động lực. Dòng điện tính toán $I_{tt}$ và dòng điện đỉnh nhọn $I_{đn}$ (khi có một động cơ công suất lớn nhất khởi động) được xác định chính xác để làm cơ sở chọn cáp và khí cụ bảo vệ.
  3. Tính toán phụ tải sinh hoạt và chiếu sáng:
    • Phụ tải sinh hoạt gồm 20 ổ cắm đơn pha công nghiệp ($10\text{ A} - 220\text{ V}$, $\cos\varphi = 0{,}1$) và hệ thống quạt thông gió, tính ra tổng công suất $P_{SH} = 11{,}8\text{ kW}$.
    • Thiết kế chiếu sáng công nghiệp dựa trên tiêu chuẩn độ rọi yêu cầu $E_{tc} = 500\text{ lux}$. Phân xưởng được thiết kế với hệ số phản xạ bề mặt gồm trần xám sáng (0,5), tường xám sáng (0,5), sàn bê tông xám sơn chống cháy (0,1), hệ số bù suy giảm quang thông $D = 1{,}35$. Sử dụng bóng Miniatures trắng công nghiệp ($P = 58\text{ W}$, quang thông $\Phi = 5.200\text{ lm}$, chỉ số hoàn màu $Ra = 84$, nhiệt độ màu $Tm = 3.500\text{ K}$) lắp trong bộ đèn đôi T8 (2 bóng/bộ, tổng quang thông $10.400\text{ lm}$, hiệu suất $65%$, cấp bộ đèn C). Đèn treo cách sàn $8\text{ m}$ (cách trần $1\text{ m}$, bề mặt làm việc quy ước cao $1\text{ m}$).
Hạng mục tủ Công suất tác dụng $P_{tt}$ (kW) Công suất phản kháng $Q_{tt}$ (kVAr) Công suất biểu kiến $S_{tt}$ (kVA) Dòng điện tính toán $I_{tt}$ (A) Hệ số công suất $\cos\varphi$
Nhóm 1 (TĐL1) 89,68 91,24 127,94 194,38 0,70
Tủ Chiếu Sáng (TCS) 58,39 36,19 68,69 104,38 0,85
Tủ Sinh Hoạt (TSH) 11,80 3,79 12,39 18,83 0,95
Tổng phân xưởng 1.040,27 896,57 1.373,34 2.086,57 0,63

Chương 3: Chọn máy biến áp và tụ bù

  • Chọn máy biến áp: Với phụ tải biểu kiến tính toán toàn xưởng trước bù là $S_{tt} = 1.373{,}34\text{ kVA}$, tác giả lựa chọn giải pháp đặt 01 trạm biến áp phân xưởng sử dụng máy biến áp 3 pha ngâm dầu do Tổng công ty Thiết bị điện Đông Anh chế tạo, công suất định mức $S_{đm} = 1.600\text{ kVA}$, cấp điện áp $22/0{,}4\text{ kV}$. Dung lượng máy biến áp hoàn toàn thỏa mãn điều kiện làm việc lâu dài: $S_{đm.MBA} \ge S_{tt}$ ($1.600\text{ kVA} > 1.373{,}34\text{ kVA}$).
  • Tính toán bù công suất phản kháng: Hệ số công suất tự nhiên toàn xưởng ở mức thấp ($\cos\varphi_{px} = 0{,}63$), cần nâng lên giá trị tiêu chuẩn $\cos\varphi_{saubù} \ge 0{,}90$. Dung lượng bù giải tích tính được là $Q_{bù_tt} = 547{,}5\text{ kVAr}$. Tác giả chọn phương án bù tập trung tại thanh cái hạ áp $0{,}4\text{ kV}$ của TPPC gồm 7 bộ tụ bù 3 pha Samwha SMB-35075KT ($380\text{ V} - 75\text{ kVAr}$/bộ), cung cấp tổng công suất bù định mức $Q_{bù} = 525\text{ kVAr}$. Sau khi đóng tụ bù, công suất phản kháng dư truyền tải qua máy biến áp giảm xuống còn: $$Q_{saubù} = 896{,}57 - 525 = 371{,}57\text{ kVAr}$$ Hệ số công suất toàn xưởng sau bù tăng lên mức $\cos\varphi \approx 0{,}94$, giảm tổn thất công suất và sụt áp trên máy biến áp.

Chương 4: Chọn dây dẫn và thiết bị bảo vệ

Chương này thực hiện toàn bộ các bước lựa chọn và kiểm nghiệm mạng lưới cáp hạ áp cùng hệ thống khí cụ bảo vệ:

  • Lựa chọn tiết diện dây dẫn: Tuyến trục chính từ đầu cực hạ thế MBA về TPPC sử dụng 6 sợi cáp đơn đồng CVV tiết diện $400\text{ mm}^2$ đấu song song mỗi pha ($6 \times (4 \times 1\text{C} \times 400\text{ mm}^2)$), dây trung tính dùng 3 sợi $240\text{ mm}^2$. Các tuyến cáp nhánh từ TPPC đến 8 tủ TĐL và từ TĐL đến các động cơ sử dụng cáp đồng CXV cách điện XLPE, vỏ PVC với tiết diện được chuẩn hóa từ $4\text{ mm}^2$ đến $120\text{ mm}^2$.
  • Kiểm tra sụt áp bình thường và khởi động:
    • Sụt áp trong điều kiện làm việc bình thường trên toàn tuyến từ MBA qua TPPC, TĐL1 đến động cơ xa nhất (máy nén khí 1.1) đạt tổng sụt áp $\Delta U = 9{,}481\text{ V}$, tương ứng với độ sụt áp tỉ đối $\Delta U% = 2{,}49% < 5%$ (thỏa mãn tiêu chuẩn kỹ thuật).
    • Kiểm tra sụt áp khi khởi động động cơ lớn nhất không gây sụt áp vượt quá ngưỡng cho phép làm ảnh hưởng đến các thiết bị đang vận hành song song.
  • Tính toán ngắn mạch và chọn thiết bị bảo vệ: Tính toán giá trị dòng ngắn mạch 3 pha siêu quá độ ($I''$) và dòng ngắn mạch 1 pha chạm đất tại các điểm nút chính (thanh cái TPPC, thanh cái TĐL, đầu cực thiết bị). Trên cơ sở đó, lựa chọn các dòng máy cắt ACB 4P và aptomat khối MCCB 3P, 4P của hãng Mitsubishi Electric có dòng định mức $I_{đm}$ và khả năng cắt dòng ngắn mạch định mức ($I_{cu}$) lớn hơn dòng ngắn mạch tính toán, phối hợp thời gian cắt thông qua bộ Trip Unit.

Chương 5: Hệ thống nối đất an toàn và chống sét

  • Hệ thống nối đất an toàn: Tính toán hệ thống tiếp địa phân xưởng nhằm bảo vệ an toàn cho con người khi có sự cố chạm vỏ thiết bị. Hệ thống sử dụng các cọc thép bọc đồng chôn thẳng đứng liên kết với thanh đồng nằm ngang đặt trong rãnh ngầm, bảo đảm điện trở nối đất đạt yêu cầu $R_{đ} \le 4,\Omega$. Dây nối đất bảo vệ (PE) được chọn kích thước đồng bộ theo từng cấp cáp pha.
  • Hệ thống chống sét đánh trực tiếp: Tính toán phạm vi bảo vệ của hệ thống kim thu sét đặt trên mái phân xưởng theo tiêu chuẩn hình học góc bảo vệ và bán cầu lăn, bảo đảm toàn bộ khối tích nhà xưởng kích thước $90\text{ m} \times 60\text{ m}$ nằm trọn trong vùng an toàn chống sét trực tiếp.

Chương 6: Thiết kế chiếu sáng bằng phần mềm DIALux

Tác giả nhập số liệu kiến trúc, tính chất phản xạ bề mặt và cách bố trí các bộ đèn huỳnh quang công nghiệp T8 ($2 \times 58\text{ W}$) vào phần mềm DIALux để tính toán chiếu sáng cho 8 phân vùng làm việc. Kết quả xuất đồ thị phân bố đẳng độ rọi 3D và bảng giá trị quang học cho thấy độ rọi thực tế trên mặt phẳng làm việc tại các khu vực đều đạt và vượt mức tiêu chuẩn thiết kế $E_{tc} = 500\text{ lux}$, độ đồng đều độ rọi đạt yêu cầu làm việc thị giác trong môi trường sản xuất sợi.

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả kỹ thuật định lượng

Đồ án đã hoàn thành toàn bộ khối lượng thiết kế hệ thống cung cấp điện với các thông số kỹ thuật được xác lập chi tiết:

Tham số kỹ thuật Giá trị thiết kế Đơn vị Ghi chú kỹ thuật
Kích thước phân xưởng $90 \times 60$ m Diện tích sàn $5.400\text{ m}^2$
Phụ tải tác dụng tính toán ($P_{tt}$) $1.040,27$ kW Tổng toàn phân xưởng
Phụ tải phản kháng tự nhiên ($Q_{tt}$) $896,57$ kVAr Trước khi bù
Hệ số công suất tự nhiên ($\cos\varphi$) $0,63$ - Cần nâng cao
Dung lượng máy biến áp lựa chọn $1.600$ kVA MBA Đông Anh $22/0{,}4\text{ kV}$, $\Delta/Y_0-11$
Dung lượng tụ bù lắp đặt ($Q_{bù}$) $525$ kVAr 7 bộ Samwha SMB-35075KT ($75\text{ kVAr}$)
Hệ số công suất sau bù ($\cos\varphi_{saubù}$) $\approx 0,94$ - Đạt chuẩn quy định điện lực
Độ sụt áp tuyến xa nhất ($\Delta U%$) $2,49$ % Tiêu chuẩn cho phép $\le 5%$
Tiêu chuẩn độ rọi làm việc ($E_{tc}$) $500$ lux Kiểm chứng đạt bằng DIALux

2. Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất

  • Tối ưu hóa vị trí tủ điện: Xác định tâm phụ tải giải tích và dịch chuyển thực tế tủ phân phối về sát tường biên, vừa tối ưu hóa chiều dài cáp, vừa đảm bảo lối đi an toàn và hành lang kỹ thuật.
  • Phương án bù phản kháng tập trung: Lắp đặt dàn tụ bù hạ áp tự động 7 cấp tại thanh cái TPPC, giải phóng dung lượng tải cho máy biến áp $1.600\text{ kVA}$, giảm tổn hao truyền tải từ nguồn trung thế.
  • Phối hợp bảo vệ phân cấp: Lựa chọn đồng bộ khí cụ đóng cắt Mitsubishi từ ACB tổng đến MCCB nhánh kết hợp bộ Trip Unit, đảm bảo tính chọn lọc khi xảy ra sự cố ngắn mạch cục bộ.

3. Đóng góp của đồ án

Đồ án xây dựng một quy trình tính toán thiết kế hoàn chỉnh từ khâu phụ tải, trạm biến áp, mạng cáp, bảo vệ, nối đất - chống sét đến kiểm chứng mô phỏng chiếu sáng 3D bằng phần mềm DIALux. Mọi bước tính toán đều bám sát công thức giải tích chuyên ngành và danh mục thiết bị thực tế trên thị trường Việt Nam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên phạm vi và nội dung trình bày trong thuyết minh đồ án, một số hạn chế và hướng mở kỹ thuật được ghi nhận:

  • Phương án máy biến áp: Đồ án lựa chọn phương án sử dụng 01 máy biến áp duy nhất ($1 \times 1.600\text{ kVA}$) không có máy phát điện dự phòng. Trong trường hợp xảy ra sự cố máy biến áp hoặc mất nguồn lưới trung thế 22 kV, toàn bộ dây chuyền sản xuất sợi sẽ phải dừng hoạt động. Hướng mở rộng là khảo sát bổ sung phương án đặt 2 máy biến áp làm việc song song phân đoạn thanh cái hoặc trang bị nguồn máy phát Diesel dự phòng cho các phụ tải ưu tiên.
  • Vấn đề sóng hài: Phân xưởng sợi sử dụng nhiều động cơ có thể đi kèm bộ biến tần điều khiển tốc độ, tuy nhiên đồ án chưa đi sâu vào tính toán bậc sóng hài và giải pháp lọc sóng hài chủ động/bị động khi đóng dàn tụ bù.
  • Tự động hóa quản lý năng lượng: Nghiên cứu tiếp theo có thể tích hợp hệ thống đo đếm và giám sát năng lượng thông minh (SCADA/EMS) qua chuẩn truyền thông công nghiệp tại tủ TPPC.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án có giá trị tham khảo kỹ thuật trực tiếp cho các đối tượng:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện, Hệ thống Điện, Cung cấp Điện: Sử dụng làm tài liệu mẫu chuẩn mực về các bước thực hiện đồ án môn học Thiết kế cung cấp điện và đồ án tốt nghiệp kỹ sư điện công nghiệp.
  • Kỹ sư thiết kế cơ điện (M&E): Tham khảo phương pháp phân nhóm phụ tải, bảng tính toán phụ tải thực tế, quy cách chọn cáp đồng CVV/CXV, phương pháp kiểm tra sụt áp bình thường/khởi động và phương pháp dựng mô hình chiếu sáng nhà xưởng bằng DIALux.
  • Các phần nội dung đáng chú ý: Phương pháp tính toán xác định tọa độ tâm phụ tải hình học (Chương 2), thuật toán tính bù công suất phản kháng (Chương 3), bảng tra cứu chọn cáp và thiết bị đóng cắt bảo vệ Mitsubishi (Chương 4).

Câu hỏi thường gặp

1. Phân xưởng sợi trong đồ án có quy mô mặt bằng và công suất tính toán tổng cộng là bao nhiêu?
Phân xưởng có kích thước hình học Dài $90\text{ m} \times$ Rộng $60\text{ m}$ (diện tích $5.400\text{ m}^2$). Tổng phụ tải tính toán của toàn bộ phân xưởng trước khi bù là công suất tác dụng $P_{tt} = 1.040{,}27\text{ kW}$, công suất phản kháng $Q_{tt} = 896{,}57\text{ kVAr}$, công suất biểu kiến $S_{tt} = 1.373{,}34\text{ kVA}$ và dòng điện tính toán $I_{tt} = 2.086{,}57\text{ A}$.

2. Tác giả lựa chọn loại máy biến áp nào để cấp nguồn cho phân xưởng?
Tác giả chọn 01 máy biến áp ba pha ngâm dầu do Tổng công ty Thiết bị điện Đông Anh chế tạo, công suất định mức $1.600\text{ kVA}$, cấp điện áp biến đổi từ trung thế $22\text{ kV}$ (hoặc $15\text{ kV}$) xuống hạ thế $0{,}4\text{ kV}$, tổ đấu dây $\Delta/Y_0-11$.

3. Dung lượng và chủng loại tụ bù được lựa chọn như thế nào để nâng cao hệ số công suất?
Hệ số công suất ban đầu của phân xưởng là $\cos\varphi = 0{,}63$. Tác giả tính toán dung lượng bù cần thiết là $547{,}5\text{ kVAr}$ và lựa chọn lắp đặt tập trung 7 bộ tụ bù ba pha Samwha SMB-35075KT ($380\text{ V} - 75\text{ kVAr}$/bộ), cung cấp tổng dung lượng bù định mức $525\text{ kVAr}$, nâng hệ số công suất toàn xưởng sau bù lên xấp xỉ $0{,}94$.

4. Tuyến cáp trục chính từ Máy biến áp đến Tủ phân phối chính (TPPC) sử dụng loại cáp gì và tiết diện bao nhiêu?
Tuyến cáp này sử dụng cáp điện lực ruột đồng 1 lõi cách điện PVC, vỏ PVC không giáp bảo vệ (CVV), lắp đặt trên không/máng cáp với quy cách 6 sợi song song mỗi pha: $6 \times (4 \times 1\text{C} \times 400\text{ mm}^2)$, kết hợp dây trung tính $3 \times 240\text{ mm}^2$.

5. Hệ thống chiếu sáng phân xưởng được thiết kế theo tiêu chuẩn độ rọi nào và sử dụng loại đèn gì?
Chiếu sáng phân xưởng yêu cầu độ rọi tiêu chuẩn $E_{tc} = 500\text{ lux}$, sử dụng các bộ đèn huỳnh quang đôi T8 (2 bóng/bộ, hiệu suất $65%$, cấp C) lắp bóng Miniatures trắng công nghiệp công suất $58\text{ W}$, quang thông mỗi bóng $5.200\text{ lm}$ (tổng $10.400\text{ lm}$/bộ), chỉ số hoàn màu $Ra = 84$, nhiệt độ màu $3.500\text{ K}$, được kiểm chứng phân bố độ rọi đạt chuẩn qua phần mềm DIALux.

Kết luận

Đồ án "Thiết kế cung cấp điện" của tác giả Lê Anh Dũng đã giải quyết hoàn chỉnh và đồng bộ bài toán thiết kế kỹ thuật cung cấp điện cho một phân xưởng sợi công nghiệp quy mô $5.400\text{ m}^2$ nhận nguồn từ lưới 22 kV. Các kết quả tính toán từ xác định tâm phụ tải, phụ tải tính toán, chọn máy biến áp 1.600 kVA, dàn tụ bù 525 kVAr, mạng cáp hạ thế đến hệ thống bảo vệ, tiếp địa chống sét và mô phỏng chiếu sáng DIALux đều đạt tính chính xác và tuân thủ các quy chuẩn kỹ thuật điện hiện hành. Đây là công trình đồ án có cấu trúc mẫu mực, số liệu minh bạch và mang giá trị tham khảo kỹ thuật cao cho sinh viên cũng như kỹ sư chuyên ngành thiết kế hệ thống điện công nghiệp.