Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Điện năng là nguồn năng lượng thiết yếu phục vụ quá trình sản xuất công nghiệp và phát triển kinh tế - xã hội. Trong bối cảnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa, ngành cơ khí đóng vai trò then chốt khi cung cấp thiết bị, máy móc cho các ngành kinh tế quốc dân. Đồ án tập trung giải quyết bài toán thiết kế cung cấp điện cho Nhà máy Cơ khí 11N4 (thuộc Bộ Quốc phòng) và thiết kế chi tiết mạng điện hạ áp cho Phân xưởng Cơ khí số 1.
Nhà máy Cơ khí Bộ Quốc phòng là cơ sở sản xuất thiết bị công nghiệp hoạt động theo dây chuyền công nghệ tự động hóa, đòi hỏi nguồn điện phải liên tục và an toàn. Các phụ tải của nhà máy phần lớn thuộc hộ loại 1 (như phân xưởng đúc thép, đúc gang, rèn dập, nhà hành chính) và hộ loại 2 (như phân xưởng cơ điện, cơ khí số 2, dụng cụ, kiểm nghiệm, hệ thống kho tàng), trong đó việc ngừng cấp điện sẽ gây hư hỏng sản phẩm, thiệt hại kinh tế và lãng phí lao động.
Nhiệm vụ nghiên cứu và thiết kế được xác lập theo các nội dung cụ thể sau:
- Phân tích yêu cầu cung cấp điện cho các hộ phụ tải trong toàn nhà máy.
- Xác định phụ tải tính toán cho Phân xưởng Cơ khí số 1.
- Xác định phụ tải tính toán của toàn bộ Nhà máy Cơ khí 11N4.
- Thiết kế mạng điện động lực và chiếu sáng cho phân xưởng và toàn nhà máy (lựa chọn sơ đồ nối dây, số lượng và dung lượng trạm biến áp).
- Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị điện cao áp, hạ áp và dây dẫn trong mạng điện.
- Thiết kế hệ thống đo lường, bảo vệ và chống sét cho trạm biến áp nhà máy.
Đối tượng nghiên cứu là hệ thống cấp điện hạ áp và trung áp của Nhà máy Cơ khí 11N4, bao gồm 15 hộ phụ tải bố trí tại 10 phân xưởng sản xuất, các khu nhà điều hành và công trình phụ trợ. Phạm vi không gian là toàn bộ mặt bằng nhà máy và Phân xưởng Cơ khí số 1 ($18,2\text{ m} \times 35,5\text{ m} = 646,1\text{ m}^2$). Phạm vi kỹ thuật bao gồm hệ thống lưới điện nhận nguồn từ hệ thống điện quốc gia ở cấp điện áp $22\text{ kV}$ hoặc $35\text{ kV}$ (công suất ngắn mạch nguồn $S_{\text{NM}} = 200\text{ MVA}$) biến đổi về cấp hạ áp $380/220\text{ V}$ ($0,4\text{ kV}$).
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Đồ án vận dụng hệ thống lý thuyết kỹ thuật cung cấp điện công nghiệp, tiêu chuẩn thiết kế trang bị điện và các công thức giải tích kinh tế - kỹ thuật chuyên ngành.
Tác giả hệ thống hóa 6 phương pháp xác định phụ tải tính toán trong thiết kế điện:
- Phương pháp theo công suất đặt và hệ số nhu cầu: $P_{\text{tt}} = K_{\text{nc}} \sum P_{\text{đmi}}$. Phương pháp có ưu điểm đơn giản nhưng độ chính xác phụ thuộc vào việc tra bảng hệ số nhu cầu cố định.
- Phương pháp theo suất phụ tải trên đơn vị diện tích sản xuất: $P_{\text{tt}} = p_0 \cdot F$. Phương pháp dùng cho phụ tải phân bố đều, áp dụng tính toán sơ bộ và thiết kế chiếu sáng.
- Phương pháp theo suất tiêu hao điện năng trên đơn vị sản phẩm: $P_{\text{tt}} = \frac{M \cdot W_0}{T_{\text{max}}}$, thích hợp cho các thiết bị có đồ thị phụ tải ít biến đổi (máy nén khí, quạt gió, bình điện phân).
- Phương pháp theo công suất trung bình và hệ số cực đại: $P_{\text{tt}} = K_{\text{max}} \cdot K_{\text{sd}} \sum P_{\text{đmi}}$, kết hợp xác định số thiết bị sử dụng điện có hiệu quả $n_{\text{hq}}$ và tra bảng xác định $K_{\text{max}} = f(K_{\text{sd}}, n_{\text{hq}})$.
- Phương pháp theo công suất trung bình và hệ số hình dáng: $P_{\text{tt}} = K_{\text{hd}} \cdot P_{\text{tb}}$.
- Phương pháp theo công suất trung bình và độ lệch trung bình bình phương: $P_{\text{tt}} = P_{\text{tb}} \pm \beta \cdot \delta$, phù hợp cho mạng lưới đang vận hành.
Phương pháp nghiên cứu và tính toán thực tế đã áp dụng:
- Áp dụng phương pháp công suất trung bình và hệ số cực đại ($K_{\text{max}}$) để tính toán nhóm thiết bị của Phân xưởng Cơ khí số 1 dựa trên số thiết bị hiệu quả $n_{\text{hq}}$.
- Áp dụng phương pháp suất chiếu sáng ($p_0 = 15\text{ W/m}^2$, $\cos\varphi = 1$) để xác định phụ tải chiếu sáng phân xưởng.
- Sử dụng phương pháp hệ số đồng thời ($K_{\text{đtpx}} = 0,85$ cho phân xưởng; $K_{\text{đtnm}} = 0,9$ cho toàn nhà máy) để tổng hợp công suất.
- Phương pháp xác định tâm phụ tải bằng mô hình tọa độ trọng tâm công suất: $X_0 = \frac{\sum S_i X_i}{\sum S_i}$, $Y_0 = \frac{\sum S_i Y_i}{\sum S_i}$.
- Phương pháp so sánh kinh tế - kỹ thuật lựa chọn phương án trạm biến áp thông qua hàm chi phí quy dẫn hàng năm $Z_i = E_{\text{đm}} K_i + C_i$ (với thời gian thu hồi vốn $T_{\text{đm}} = 5\text{ năm}$, $E_{\text{đm}} = 0,2$, hệ số khấu hao $\alpha = 0,1$, giá điện $g = 0,1\text{ đ/kWh}$).
Nguồn dữ liệu sử dụng trong đồ án bao gồm: bản vẽ mặt bằng bố trí phân xưởng và mặt bằng tổng thể nhà máy, bảng danh mục công suất định mức động cơ máy công cụ, sổ tay tra cứu kỹ thuật cung cấp điện của PGS. Nguyễn Xuân Phú, cùng thông số catalog của các nhà sản xuất thiết bị điện như Schneider/Merlin Gerin, Furukawa, LENS và các nhà sản xuất máy biến áp tại Việt Nam.
Nội dung chính theo từng chương
Chương I: Giới thiệu chung về nhà máy cơ khí và yêu cầu cung cấp điện cho hộ phụ tải
Chương I trình bày vị trí địa lý, vai trò kinh tế của Nhà máy Cơ khí Bộ Quốc phòng đối với sự nghiệp công nghiệp hóa. Tác giả phân loại 15 hộ phụ tải trong nhà máy theo độ tin cậy cung cấp điện: các phân xưởng đúc thép, đúc gang, rèn dập và nhà hành chính thuộc hộ loại 1; các phân xưởng cơ điện, cơ khí 1, cơ khí 2, kiểm nghiệm, dụng cụ và hệ thống kho thuộc hộ loại 2. Các yêu cầu kỹ thuật chủ yếu bao gồm độ tin cậy, chất lượng điện áp (dao động điện áp cho phép $\pm 5%$ với lưới chung và $\pm 2,5%$ đối với thiết bị chính xác), an toàn vận hành và tính kinh tế.
| STT |
Tên phân xưởng / Hạng mục |
$P_{\text{tt}}$ (kW) |
$Q_{\text{tt}}$ (kVAr) |
Loại hộ |
| 1 |
Cơ điện |
190 |
130 |
Loại 2 |
| 2 |
Cơ khí số 1 |
$69,45$ |
$66,78$ |
Loại 1 |
| 3 |
Cơ khí số 2 |
180 |
130 |
Loại 2 |
| 4 |
Rèn, dập |
165 |
125 |
Loại 1 |
| 5 |
Đúc thép |
200 |
180 |
Loại 1 |
| 6 |
Đúc gang |
180 |
150 |
Loại 1 |
| 7 |
Dụng cụ |
160 |
120 |
Loại 2 |
| 8 |
Kiểm nghiệm |
150 |
100 |
Loại 2 |
| 9 |
Kho 1 (Sản phẩm) |
70 |
35 |
Loại 2 |
| 10 |
Kho 2 (Vật tư) |
60 |
25 |
Loại 2 |
| 11 |
Nhà hành chính |
70 |
45 |
Loại 1 |
Chương II: Xác định phụ tải cho phân xưởng cơ khí số 1 và toàn nhà máy
Chương II phân chia 19 máy công cụ của Phân xưởng Cơ khí số 1 thành 3 nhóm phụ tải dựa trên nguyên tắc gần nhau về vị trí và tương đồng về chế độ vận hành.
Kết quả tính toán cho Nhóm I (gồm máy tiện, máy bào, máy phay, máy chuốt, máy cắt thép với tổng công suất định mức $57,5\text{ kW}$):
- Số thiết bị hiệu quả: $n_{\text{hq}} = 5,34 \approx 5$; $K_{\text{sd}\Sigma} = 0,18$; $K_{\text{max}} = 2,645$; $\cos\varphi_{\text{tb}} = 0,68$.
- Công suất tác dụng tính toán: $P_{\text{tt1}} = 27,38\text{ kW}$.
- Công suất phản kháng tính toán: $Q_{\text{tt1}} = 29,52\text{ kVAr}$.
- Công suất toàn phần: $S_{\text{tt1}} = 40,26\text{ kVA}$.
- Dòng điện tính toán: $I_{\text{tt1}} = 61,17\text{ A}$.
- Dòng điện đỉnh nhọn: $I_{\text{đn1}} = 207,65\text{ A}$.
Phụ tải chiếu sáng phân xưởng: diện tích $F = 18,2 \times 35,5 = 646,1\text{ m}^2$, suất chiếu sáng $p_0 = 15\text{ W/m}^2$, suy ra $P_{\text{cs}} = 9,69\text{ kW}$.
Tổng hợp phụ tải toàn Phân xưởng Cơ khí số 1 (với hệ số đồng thời $K_{\text{đtpx}} = 0,85$):
- $P_{\text{px}} = 69,45\text{ kW}$
- $Q_{\text{px}} = 66,78\text{ kVAr}$
- $S_{\text{px}} = 96,35\text{ kVA}$
- Hệ số công suất $\cos\varphi_{\text{px}} = 0,72$
- Dòng điện tính toán $I_{\text{ttPX}} = 146,39\text{ A}$
Tổng hợp phụ tải toàn nhà máy (chưa kể tổn thất MBA, với $K_{\text{đtnm}} = 0,9$): $P_{\text{ttNM}} = 1345,01\text{ kW}$, $Q_{\text{ttNM}} = 996,10\text{ kVAr}$, $S_{\text{ttNM}} = 1924,75\text{ kVA}$, $\cos\varphi_{\text{NM}} = 0,70$.
Chương III: Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng và toàn nhà máy
Nội dung chương được chia thành hai phần chính:
- Phần A (Phân xưởng Cơ khí số 1): Lựa chọn sơ đồ nối dây hỗn hợp (kết hợp hình tia cho tủ động lực và phân nhánh cho các cụm máy nhỏ). Chọn cầu chì ống $\Pi\text{P}-2$, cáp đồng 4 lõi cách điện PVC của hãng LENS chôn ngầm trong đất (tiết diện từ $1,5\text{ mm}^2$ đến $10\text{ mm}^2$), tủ phân phối loại $\text{C}\Pi-7/\text{I}$ ($I_{\text{đm}} = 400\text{ A}$), tủ động lực $\text{C}\Pi58-7/\text{I}$, và aptomat tổng bảo vệ phân xưởng loại NS250N ($I_{\text{đm}} = 250\text{ A}, U_{\text{đm}} = 690\text{ V}$).
- Phần B (Toàn nhà máy): Phân tích và so sánh kinh tế - kỹ thuật 2 phương án cấp nguồn:
- Phương án 1: Đặt 1 trạm gồm 3 MBA $750\text{ kVA}$ ($35/0,4\text{ kV}$).
- Phương án 2: Đặt 2 trạm, mỗi trạm gồm 2 MBA $560\text{ kVA}$ ($35/0,4\text{ kV}$).
Tác giả lựa chọn Phương án 2 nhờ ưu thế về chỉ tiêu kinh tế: tổn thất điện năng hàng năm thấp hơn Phương án 1 là $77.756,7\text{ kWh}$ (tiết kiệm $7.775,67\text{ đồng/năm}$ tiền tổn thất điện năng theo đơn giá tính toán $0,1\text{ đ/kWh}$), và chi phí vận hành hàng năm thấp hơn $6.615,67\text{ đồng/năm}$.
Sau khi tính thêm tổn thất trong máy biến áp ($\Delta P = 56,44\text{ kW}, \Delta Q = 262,2\text{ kVAr}$), phụ tải toàn nhà máy là: $P_{\text{ttnm}} = 1677,79\text{ kW}$, $Q_{\text{ttnm}} = 1449,55\text{ kVAr}$, $S_{\text{ttnm}} = 2217,24\text{ kVA}$.
Tọa độ tâm phụ tải tính toán của nhà máy là $X_0 = 72,07; Y_0 = 140,6$, được điều chỉnh sang tọa độ thực tế $X = 120; Y = 140$ để phù hợp cảnh quan kiến trúc và dây chuyền sản xuất.
Chương IV: Tính toán ngắn mạch và kiểm tra các thiết bị trong mạng điện
Chương IV thiết lập sơ đồ tính toán ngắn mạch tại các điểm đặc trưng trong mạng cao áp và hạ áp ($S_{\text{NM}} = 200\text{ MVA}$), từ đó kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt và ổn định lực điện động cho các thiết bị đã chọn như thanh cái đồng, sứ đỡ, aptomat và cáp dẫn.
Chương V: Thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng sửa chữa cơ khí
Chương V trình bày việc lựa chọn hệ thống chiếu sáng chung và cục bộ, lựa chọn chủng loại đèn sợi đốt/huỳnh quang, xác định độ rọi yêu cầu theo tiêu chuẩn cho từng vị trí làm việc và thiết kế mạng dây dẫn cấp nguồn chiếu sáng.
Chương VI: Tính toán bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất của nhà máy
Chương VI xác định dung lượng bù công suất phản kháng cần thiết để nâng cao hệ số công suất $\cos\varphi$ từ giá trị ban đầu $0,70$ lên mức tiêu chuẩn quy định của ngành điện ($\cos\varphi \ge 0,9$), đồng thời phân bố dung lượng tụ bù về các thanh cái hạ áp của các trạm biến áp.
Chương VII: Thiết kế hệ thống đo lường cho trạm biến áp nhà máy
Chương VII tính chọn các thiết bị đo đếm điện năng (công tơ tác dụng, công tơ phản kháng, vôn mét, ampe mét), biến dòng đo lường (TI) và biến điện áp (TU) phía cao áp và hạ áp của trạm biến áp nhà máy, kèm theo tính toán kiểm tra cấp chính xác và phụ tải thứ cấp.
Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật
Hệ thống cung cấp điện được thiết kế theo cấu trúc phân cấp từ lưới điện trung áp $35\text{ kV}$ qua 2 trạm biến áp phân xưởng hạ áp về lưới $380/220\text{ V}$.
Kiến trúc sơ đồ phân phối điện
- Tuyến trung áp: Nhận điện từ 2 nguồn đường dây trên không $35\text{ kV}$ độc lập dẫn về thanh cái trạm phân phối trung gian.
- Sơ đồ trạm biến áp: Sử dụng 4 máy biến áp $560\text{ kVA} - 35/0,4\text{ kV}$ phân bố thành 2 trạm. Phía hạ áp trang bị thanh cái đơn có aptomat liên lạc (CM-1600N và M08) nhằm tự động chuyển đổi cấp điện cho hộ loại 1 khi xảy ra sự cố một máy biến áp hoặc một phân đoạn thanh cái.
- Sơ đồ mạng hạ áp phân xưởng: Áp dụng sơ đồ hỗn hợp hình tia kết hợp phân nhánh từ tủ phân phối ($\text{C}\Pi-7/\text{I}$) đến các tủ động lực ($\text{C}\Pi58-7/\text{I}$) và từng máy công cụ.
Danh mục thiết bị và thông số kỹ thuật lựa chọn
| Vị trí / Hạng mục |
Tên thiết bị / Chủng loại |
Nhà sản xuất / Xuất xứ |
Thông số kỹ thuật chính |
| Trạm biến áp |
Máy biến áp $35/0,4\text{ kV}$ (4 máy) |
Việt Nam |
$S_{\text{đm}} = 560\text{ kVA}, \Delta P_0 = 3300\text{ W}, \Delta P_{\text{N}} = 9400\text{ W}, U_{\text{N}}% = 6,5%$ |
| Cáp cao áp đầu vào |
Cáp đồng XLPE/PVC 3 lõi |
Furukawa |
Tiết diện $3 \times 50\text{ mm}^2, I_{\text{cp}} = 205\text{ A}, r_0 = 0,494\text{ }\Omega/\text{km}$ |
| Dao cách ly cao áp |
$\text{P}\Lambda\text{H}-3-1/35/600$ |
Liên Xô |
$U_{\text{đm}} = 35\text{ kV}, I_{\text{đm}} = 600\text{ A}, I_{\text{xk}} = 31\text{ kA}$ |
| Chống sét trạm |
Chống sét van |
Tiêu chuẩn trạm |
Cấu tạo khe hở phóng điện và điện trở phi tuyến |
| Cáp hạ áp phân xưởng |
Cáp đồng PVC (3 lõi & 4 lõi) |
LENS |
Tiết diện $1,5 - 120\text{ mm}^2$ (cáp PX Cơ điện: $3 \times 120\text{ mm}^2, I_{\text{cp}} = 346\text{ A}$) |
| Thanh cái hạ áp |
Thanh cái đồng đặt ngang |
Tiêu chuẩn |
Kích thước $80 \times 8\text{ mm}$, tiết diện $640\text{ mm}^2, I_{\text{cp}} = 1900\text{ A}$ |
| Sứ đỡ thanh cái |
Sứ $0\Phi-1-750\text{-OB}$ |
Tiêu chuẩn |
$U_{\text{đm}} = 1\text{ kV}$, tải phá hoại $750\text{ kg}$ |
| Aptomat liên lạc TBA |
CM-1600N / M08 |
Merlin Gerin |
$I_{\text{đm}} = 1600\text{ A} / 800\text{ A}, U_{\text{đm}} = 690\text{ V}, I_{\text{N}} = 50\text{ kA} / 40\text{ kA}$ |
| Aptomat phân xưởng |
NS400N / NS250N / C100E |
Merlin Gerin |
$I_{\text{đm}} = 100 - 400\text{ A}, U_{\text{đm}} = 500 - 690\text{ V}, I_{\text{N}} = 7,5 - 10\text{ kA}$ |
| Cầu chì bảo vệ máy |
Cầu chì $\Pi\text{P}-2$ |
Tiêu chuẩn |
Dòng định mức dây chảy $I_{\text{dc}} = 15 - 100\text{ A}, I_{\text{cắt}} = 4,5 - 11\text{ kA}$ |
Kết quả và đóng góp
Đồ án hoàn thành trọn vẹn nhiệm vụ tính toán thiết kế kỹ thuật cho toàn bộ hệ thống cấp điện Nhà máy Cơ khí 11N4:
- Xác lập được số liệu phụ tải tính toán toàn nhà máy: phụ tải hạ áp đạt $P_{\text{tt}} = 1621,35\text{ kW}, Q_{\text{tt}} = 1187,35\text{ kVAr}$; tổng phụ tải tính cả tổn thất máy biến áp là $P_{\text{ttNM}} = 1677,79\text{ kW}, Q_{\text{ttNM}} = 1449,55\text{ kVAr}, S_{\text{ttNM}} = 2217,24\text{ kVA}$.
- Chứng minh tính tối ưu của phương án sử dụng 2 trạm biến áp gồm 4 máy biến áp $560\text{ kVA} - 35/0,4\text{ kV}$ thay vì phương án 1 trạm 3 máy $750\text{ kVA}$. Phương án được chọn giúp giảm tổn thất điện năng hàng năm $77.756,7\text{ kWh}$ ($\Delta A_2 = 207.000\text{ kWh}$ so với $\Delta A_1 = 284.756,7\text{ kWh}$), tiết kiệm chi phí vận hành $6.615,67\text{ đồng/năm}$.
- Đảm bảo độ tin cậy cấp điện cho các hộ loại 1: khi xảy ra sự cố hỏng 1 máy biến áp, máy biến áp còn lại trong trạm với khả năng quá tải $1,4$ ($S_{\text{qt}} = 784\text{ kVA}$) vẫn đảm bảo cấp điện an toàn cho toàn bộ phụ tải loại 1 ($S_{\text{L1}} = 379,3\text{ kVA}$ ở trạm 2 và $691,55\text{ kVA}$ ở trạm 1) thông qua đóng tự động aptomat liên lạc.
- Thiết kế mạng điện hạ áp Phân xưởng Cơ khí số 1 với đầy đủ bảng chọn cáp, aptomat, cầu chì cho 19 máy công cụ và hệ thống chiếu sáng đạt công suất $9,69\text{ kW}$.
Đóng góp của đồ án thể hiện ở việc áp dụng phương pháp luận thiết kế chuẩn mực, kết hợp hài hòa giữa yêu cầu an toàn cung cấp điện liên tục cho phụ tải công nghiệp quốc phòng với bài toán tối ưu hóa chi phí đầu tư và tổn thất điện năng.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Theo tự nhận định của tác giả trong đồ án, nghiên cứu còn một số điểm hạn chế do giới hạn về kinh nghiệm thực tế và phạm vi dữ liệu đồ án môn học:
- Một số hệ số tính toán ($K_{\text{sd}}, K_{\text{nc}}, \cos\varphi$) chủ yếu dựa vào việc tra cứu sổ tay lý thuyết quy chuẩn, chưa có điều kiện khảo sát thực đo đồ thị phụ tải thực tế theo từng ca sản xuất của nhà máy cơ khí quân đội.
- Phương án so sánh kinh tế dựa trên đơn giá điện và chi phí quy ước giả định thời điểm tính toán ($0,1\text{ đ/kWh}$).
Hướng mở rộng và phát triển tiếp theo của đề tài:
- Mở rộng tính toán phối hợp bảo vệ rơle số và tự động đóng nguồn dự phòng (ATS) chi tiết hơn cho các xuất tuyến trung áp $35\text{ kV}$.
- Nghiên cứu ứng dụng các thuật toán tối ưu hóa vị trí tụ bù tĩnh và điều khiển bù công suất phản kháng tự động theo thời gian thực tại các tủ phân phối hạ áp.
Giá trị tham khảo
Bản đồ án là tài liệu tham khảo cho:
- Sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện, Hệ thống Điện, Điện công nghiệp và Dân dụng làm đồ án môn học Cung cấp điện hoặc đồ án tốt nghiệp kỹ sư.
- Kỹ sư thiết kế điện tham khảo phương pháp tính toán phụ tải động lực cho xưởng gia công cắt gọt kim loại, phương pháp tính chọn dung lượng máy biến áp phân phối và các bảng tính chọn dây cáp ngầm, aptomat, thanh cái hạ áp.
- Phần đáng tham khảo nhất: Quy trình tính toán phụ tải theo hệ số cực đại $K_{\text{max}}$ cho nhóm máy công cụ tại Chương II và phương pháp luận so sánh chi phí kinh tế - kỹ thuật máy biến áp tại Chương III.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao đồ án lựa chọn phương án 4 máy biến áp 560 kVA thay vì 3 máy biến áp 750 kVA?
Phương án 4 máy biến áp $560\text{ kVA}$ đặt tại 2 trạm có vốn đầu tư ban đầu cao hơn ($70.400\text{ đồng}$ so với $58.800\text{ đồng}$), nhưng lại có tổn thất điện năng trong năm thấp hơn đáng kể ($207.000\text{ kWh}$ so với $284.756,7\text{ kWh}$, chênh lệch $77.756,7\text{ kWh/năm}$) và chi phí vận hành hàng năm thấp hơn ($27.740\text{ đồng}$ so với $34.355,67\text{ đồng}$, tiết kiệm $6.615,67\text{ đồng/năm}$). Xét theo hàm chi phí quy dẫn $Z$, phương án 4 máy biến áp $560\text{ kVA}$ đạt hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao hơn.
2. Tổng phụ tải tính toán của toàn bộ Nhà máy Cơ khí 11N4 sau khi kể đến tổn thất trạm biến áp là bao nhiêu?
Sau khi tính toán tổn thất công suất trong máy biến áp ($\Delta P = 56,44\text{ kW}$ và $\Delta Q = 262,2\text{ kVAr}$), tổng phụ tải của toàn bộ nhà máy là: công suất tác dụng $P_{\text{ttNM}} = 1677,79\text{ kW}$, công suất phản kháng $Q_{\text{ttNM}} = 1449,55\text{ kVAr}$, và công suất toàn phần $S_{\text{ttNM}} = 2217,24\text{ kVA}$.
3. Phương pháp nào được sử dụng để tính toán phụ tải cho Phân xưởng Cơ khí số 1?
Tác giả sử dụng phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số cực đại ($K_{\text{max}}$). Trình tự tính toán dựa trên việc xác định số thiết bị hiệu quả ($n_{\text{hq}}$), hệ số sử dụng tổng hợp ($K_{\text{sd}\Sigma}$), tra bảng tìm $K_{\text{max}}$, sau đó tính công suất tác dụng theo công thức $P_{\text{tt}} = K_{\text{max}} \cdot K_{\text{sd}\Sigma} \cdot \sum P_{\text{đmi}}$.
4. Tọa độ tâm phụ tải của nhà máy được tính toán và bố trí thực tế như thế nào?
Theo công thức trọng tâm công suất $X_0 = \frac{\sum S_i X_i}{\sum S_i}$ và $Y_0 = \frac{\sum S_i Y_i}{\sum S_i}$, tọa độ tâm phụ tải lý thuyết tính được là $X = 72,07$ và $Y = 140,6$. Tuy nhiên, vị trí này rơi vào trung tâm mặt bằng sản xuất nên để bảo đảm mỹ quan và không cản trở dây chuyền công nghệ, tác giả dời vị trí đặt trạm sang tọa độ $X = 120; Y = 140$.
5. Dây dẫn cấp nguồn cho các máy công cụ trong phân xưởng được chọn theo tiêu chuẩn nào?
Dây dẫn hạ áp từ tủ động lực đến các máy công cụ được chọn theo điều kiện phát nóng dài hạn cho phép ($I_{\text{cp}} \ge I_{\text{lvmax}} / K$, trong đó $K$ là hệ số hiệu chỉnh môi trường đặt cáp chôn ngầm $K = 0,95$) và kiểm tra theo điều kiện phối hợp bảo vệ với cầu chì ($I_{\text{cp}} \ge I_{\text{dc}} / \beta$). Tác giả không kiểm tra theo mật độ dòng kinh tế $J_{\text{kt}}$ hay tổn thất điện áp $\Delta U$ do khoảng cách đường dây trong phân xưởng ngắn và thời gian mang tải không liên tục.
Kết luận
Đồ án môn học "Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xướng Cơ khí số 1 và nhà máy Cơ khí 11N4" do sinh viên Nguyễn Hoài Khoa (Trường ĐHSPKT Vinh) thực hiện là một công trình thiết kế kỹ thuật điện hoàn chỉnh và đúng quy chuẩn. Đề tài đã giải quyết trọn vẹn từ khâu khảo sát phụ tải, phân nhóm thiết bị, tính toán công suất đến lựa chọn phương án trạm biến áp, khí cụ đóng cắt và cáp dẫn. Kết quả nghiên cứu đưa ra phương án cung cấp điện tối ưu, bảo đảm cấp điện liên tục, an toàn cho nhà máy cơ khí công nghiệp quốc phòng và có giá trị tham khảo ứng dụng thực tiễn cao.
