Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cung cấp điện nhà máy cơ khí và xây dựng Tân Định

Đồ án tốt nghiệp trình bày thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy cơ khí và xây dựng Tân Định. Bao gồm tính toán phụ tải, chiếu sáng, chọn MBA, dây dẫn,

• Tác giả: Lê Trọng Tôn
• Người hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Hoàng Việt
• Trường học: Đại học Bách Khoa TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Thiết kế hệ thống cung cấp điện nhà máy cơ khí Tân Định
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về thiết kế hệ thống cung cấp điện nhà máy cơ khí

Hệ thống cung cấp điện đóng vai trò quyết định trong hoạt động sản xuất của nhà máy cơ khí Tân Định. Điện năng là nguồn năng lượng chính, được sử dụng rộng rãi để vận hành máy móc, thiết bị và hệ thống chiếu sáng. Thiết kế hệ thống cung cấp điện bao gồm ba khâu cơ bản: phát điện, truyền tải và phân phối điện năng. Đối với nhà máy cơ khí, hệ thống này phải đảm bảo cung cấp điện liên tục, ổn định và an toàn cho toàn bộ quá trình sản xuất. Việc thiết kế cần tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia, tính đến yếu tố kinh tế và khả năng mở rộng trong tương lai. Nhà máy cơ khí Tân Định yêu cầu nguồn điện tin cậy với công suất phù hợp, đáp ứng nhu cầu sản xuất cơ khí chính xác cao. Hệ thống được thiết kế bao gồm trạm biến áp, mạng điện hạ thế, hệ thống chiếu sáng và các biện pháp bảo vệ an toàn điện.

1.1. Vai trò của điện năng trong sản xuất cơ khí

Điện năng là nguồn năng lượng không thể thiếu trong ngành sản xuất cơ khí hiện đại. Tại nhà máy cơ khí Tân Định, điện cung cấp năng lượng cho các máy tiện, máy phay, máy mài và hệ thống băng chuyền tự động. Điện còn phục vụ hệ thống chiếu sáng đảm bảo điều kiện làm việc tốt cho công nhân. Chất lượng điện năng ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công và tuổi thọ thiết bị. Do đó, hệ thống cung cấp điện phải duy trì điện áp ổn định, tần số chuẩn và hạn chế tối đa các sự cố gián đoạn nguồn điện trong quá trình vận hành nhà máy.

1.2. Phạm vi nghiên cứu dự án thiết kế

Dự án thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy cơ khí Tân Định tập trung vào phần truyền tải và phân phối điện năng. Phạm vi bao gồm: xác định phụ tải tính toán, chọn máy biến áp phù hợp, thiết kế mạng điện hạ áp, tính toán dây dẫn và các thiết bị bảo vệ. Dự án cũng thực hiện tính toán chiếu sáng sử dụng phần mềm Dialux, tính toán nối đất an toàn và hệ thống chống sét. Các tính toán đảm bảo hệ thống hoạt động kinh tế, an toàn và đáp ứng đầy đủ nhu cầu sử dụng điện của nhà máy trong điều kiện sản xuất thực tế.

II. Phân tích phụ tải và các vấn đề thiết kế hệ thống điện

Xác định phụ tải tính toán là bước quan trọng đầu tiên trong thiết kế hệ thống cung cấp điện. Phụ tải được phân nhóm theo chức năng sử dụng và vị trí lắp đặt trong nhà máy. Hệ số nhu cầu (Knc) phản ánh tỷ lệ công suất sử dụng thực tế so với công suất danh định của thiết bị. Hệ số đồng thời (Kđt) cho thấy khả năng hoạt động đồng thời của các nhóm thiết bị, thường có giá trị từ 0,9 đến 1 đối với thanh cái nhà máy. Các vấn đề cần giải pháp bao gồm: đảm bảo chất lượng điện áp, giảm tổn thất điện năng trong quá trình truyền tải, bảo vệ hệ thống trước quá tải và ngắn mạch. Nhà máy cơ khí với đặc thù sử dụng nhiều động cơ công suất lớn, máy hàn và thiết bị gia công kim loại, đòi hỏi thiết kế mạng điện phải tính đến dòng khởi động lớn và khả năng chịu tải biến đổi của hệ thống.

2.1. Phương pháp xác định phụ tải tính toán

Phụ tải tính toán được xác định dựa trên công suất danh định của từng thiết bị và các hệ số điều chỉnh. Phương pháp sử dụng hệ số nhu cầu hiệu quả (nhq) để quy đổi nhóm thiết bị có công suất và chế độ làm việc khác nhau thành phụ tải tương đương. Công thức tính dựa vào tổng công suất danh định và số lượng thiết bị hiệu quả trong nhóm. Đối với nhà máy cơ khí Tân Định, phụ tải được phân thành các nhóm: động cơ máy gia công, hệ thống chiếu sáng, thiết bị phụ trợ và tải sinh hoạt. Mỗi nhóm có hệ số nhu cầu riêng, phản ánh đặc điểm sử dụng thực tế tại nhà máy.

2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế mạng điện

Thiết kế mạng điện nhà máy chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố kỹ thuật và kinh tế. Yếu tố quan trọng nhất là công suất phụ tải tính toán, quyết định dung lượng máy biến áp và tiết diện dây dẫn. Điện áp cho phép và mức sụt áp quy định chiều dài và cấu hình mạng điện. Điều kiện môi trường như nhiệt độ, độ ẩm ảnh hưởng đến khả năng tải của dây dẫn. Yếu tố kinh tế bao gồm chi phí đầu tư ban đầu và chi phí vận hành, bảo dưỡng. Tại nhà máy cơ khí Tân Định, cần đặc biệt chú ý đến dòng ngắn mạch và khả năng đóng cắt của thiết bị bảo vệ để đảm bảo an toàn vận hành hệ thống.

III. Giải pháp thiết kế và tính toán hệ thống cung cấp điện

Giải pháp thiết kế hệ thống cung cấp điện nhà máy cơ khí Tân Định bao gồm nhiều phần việc kỹ thuật quan trọng. Việc chọn máy biến áp (MBA) dựa trên công suất tính toán, đảm bảo MBA hoạt động ở chế độ tải kinh tế với hệ số tải tối ưu. Thiết kế mạng điện hạ áp sử dụng sơ đồ nguyên lý phù hợp, thường là sơ đồ mạch vòng mở hoặc mạch đơn có dự phòng. Dây dẫn được chọn theo tiết diện tối thiểu thỏa mãn điều kiện dòng điện cho phép và mức sụt áp quy định. Thiết bị bảo vệ bao gồm aptomat (CB) được tính toán chọn theo dòng định mức và dòng ngắn mạch. Hệ thống chiếu sáng được thiết kế bằng phần mềm Dialux, đảm bảo độ rọi tiêu chuẩn cho từng khu vực sản xuất. Tính toán nối đất an toàn và hệ thống chống sét hoàn thiện giải pháp bảo vệ toàn diện cho nhà máy.

3.1. Chọn máy biến áp và thiết bị đóng cắt bảo vệ

Máy biến áp được chọn dựa trên tổng công suất tính toán của nhà máy, có dự phòng khoảng 15-25% cho khả năng mở rộng. Đối với nhà máy cơ khí Tân Định, MBA có tỷ số biến phù hợp với điện áp lưới cấp nguồn và điện áp sử dụng trong nhà máy. Thiết bị đóng cắt bảo vệ bao gồm CB tổng, CB nhánh và contactor điều khiển. CB được chọn theo dòng định mức lớn hơn dòng phụ tải tính toán và có khả năng cắt ngắn mạch phù hợp. Việc phối hợp bảo vệ giữa các cấp đảm bảo tính chọn lọc, chỉ cắt phần mạng có sự cố mà không ảnh hưởng đến toàn hệ thống.

3.2. Thiết kế hệ thống chiếu sáng và tính toán chống sét

Hệ thống chiếu sáng nhà máy được thiết kế sử dụng phần mềm Dialux để tính toán và mô phỏng. Các thông số đầu vào bao gồm: loại đèn, quang thông, chiều cao treo đèn và hệ số phản xạ của bề mặt. Tại nhà máy cơ khí, độ rọi tiêu chuẩn cho khu vực sản xuất đạt 300 lux. Hệ số bù được tính toán dựa trên môi trường bụi bẩn và tuổi thọ đèn. Hệ thống chống sét bao gồm cột thu lối, dây dẫn sét và hệ thống nối đất. Điện trở nối đất phải đạt tiêu chuẩn dưới 4 ohm để đảm bảo an toàn cho người và thiết bị khi có sét đánh hoặc sự cố chạm vỏ.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tế hệ thống cung cấp điện

Dự án thiết kế hệ thống cung cấp điện nhà máy cơ khí Tân Định đã hoàn thành đầy đủ các nội dung kỹ thuật cần thiết. Hệ thống được thiết kế đảm bảo các yêu cầu về an toàn, kinh tế và tiện lợi cho quá trình sản xuất. Máy biến áp và thiết bị bảo vệ được chọn phù hợp với đặc điểm phụ tải thực tế. Mạng điện hạ áp bố trí hợp lý, giảm thiểu tổn thất điện năng và đảm bảo chất lượng điện áp tại các điểm sử dụng. Hệ thống chiếu sáng đạt tiêu chuẩn, tạo điều kiện làm việc tốt cho công nhân. Hệ thống nối đất và chống sét hoàn thiện, bảo vệ an toàn tuyệt đối. Kết quả thiết kế có thể áp dụng trực tiếp vào thi công và vận hành nhà máy. Kinh nghiệm từ dự án này cũng có thể tham khảo cho việc thiết kế hệ thống điện các nhà máy cơ khí tương tự trong khu vực.

4.1. Kết quả đạt được và ưu điểm thiết kế

Kết quả thiết kế hệ thống cung cấp điện nhà máy cơ khí Tân Định đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn kỹ thuật. Hệ thống có tính chọn lọc bảo vệ cao, đảm bảo chỉ cắt phần mạng sự cố. Tổn thất điện năng được giảm thiểu nhờ bố trí mạng điện hợp lý và chọn dây dẫn tiết diện tối ưu. Hệ thống chiếu sáng sử dụng phần mềm Dialux cho kết quả chính xác, độ rọi đạt tiêu chuẩn với sai số cho phép dưới 10%. Hệ thống nối đất đảm bảo an toàn với điện trở đất đạt yêu cầu. Thiết kế có tính kinh tế cao, chi phí đầu tư hợp lý và chi phí vận hành thấp.

4.2. Hướng phát triển và ứng dụng mở rộng

Hệ thống cung cấp điện nhà máy cơ khí Tân Định có thể mở rộng và nâng cấp trong tương lai. Công suất MBA đã được dự phòng cho phép tăng tải sản xuất. Mạng điện hạ áp có thể mở rộng thêm nhánh khi nhà máy mở rộng quy mô. Công nghệ giám sát từ xa có thể tích hợp để theo dõi hoạt động hệ thống thời gian thực. Biện pháp bù công suất phản kháng có thể áp dụng để giảm hóa đơn tiền điện. Kinh nghiệm từ dự án này áp dụng được cho các nhà máy cơ khí tương tự, đặc biệt trong khu công nghiệp Tân Định và các vùng lân cận.

Trích đoạn nội dung tài liệu

án t t nghi p k s công nghi p GVHD: PGS.TS Nguy n Hoàng Vi t L I NÓI U Trong s nghi p công nghi p hoá –hi n đ i hoá n c nhà , công nghi p đi n l c gi vai trò đ c bi t quan tr ng , b i vì đi n n ng là ngu n n ng l ng đ c dùng r ng rãi nh t trong các ngành kinh t qu c dân . Khi xây d ng nhà máy , khu dân c , thành ph ….tr c tiên ng i ta ph i xây d ng h th ng cung c p đi n đ cung p đi n n ng cho các máy móc vì nhu c u sinh ho t và s n xu t c a con ng i. H th ng cung c p đi n bao g m các khau phát đi n , truy n t i và phân ph i đi n n ng . Trong đ án này ch trình bày m t ph n là truy n t i và phân ph i đi n n ng ,làm nhi m v cung c p đi n cho m t khu v c nh t đ nh . i v i các xí nghi p , nhà máy s n xu t tiêu th đi n thì v n đ v an toàn ,kinh t , ti n l i là r t quan tr ng vì nó liên quan tr c ti p đ n s c kho và l i ích kinh t c a h . Trong đ tài này em ch trình bày m t ph n trong h th ng cung c p đi n nói chung là thi t k cung c p đi n cho nhà máy s n xu t c khí . Vì th i gian th c hi n đ tài có h n nên không th tránh đ c nh ng thi u sót. Em mong đ c s góp ý c a th y cô và b n bè đ đ tài đ ct th n. SVTH : Lê ng Tôn c Vi t. SVTH: Lê ng Tôn c Vi t MSSV: 0851030093 Trang 1 án t t nghi p k s công nghi p GVHD: PGS.TS Nguy n Hoàng Vi t NH N XÉT C A GIÁO VIÊN H NG D N  . SVTH: Lê ng Tôn c Vi t MSSV: 0851030093 Trang 2 án t t nghi p k s công nghi p GVHD: PGS.TS Nguy n Hoàng Vi t NH N XÉT C A GIÁO VIÊN PH N BI N  . SVTH: Lê ng Tôn c Vi t MSSV: 0851030093 Trang 3 án t t nghi p k s công nghi p GVHD: PGS.TS Nguy n Hoàng Vi t L IC M N Trong quá trình theo h c t i tr ng em đã đ c các th y cô ch d n r t nhi u cùng v i s n l c c a b n thân đ có th ti p thu nh ng ki n th c b ích đ ph c v cho b n thân và xã h i đ ct th n. Em xin c m n quý th y cô tr ng i H c M TP.HCM đã t o đi u ki n t t nh t đ em hoàn thành t t đ tài. Em xin thành th t c m n th y Nguy n Hoàng Vi t đã t n tình ch d n en trong su t quá trình th c hi n đ tài đ có th hoàn thành đ c t t h n. Lê ng Tôn c Vi t. SVTH: Lê ng Tôn c Vi t MSSV: 0851030093 Trang 4 án t t nghi p k s công nghi p GVHD: PGS.TS Nguy n Hoàng Vi t TÓM T T N I DUNG ÁN. N i dung đ án g m :  Tìm hi u v h th ng cung c p đi n .  Phân chia nhóm , xác đ nh ph t i tính toán .  Tính toán chi u sáng dùng ph n m m Dialux.  Thi t k m ng đi n h áp cung c p cho nhà máy ( chon MBA ,dây d n , CB , tính toán ng n m ch , s t áp .  Tính toán n i đ t an toàn .  Tính toán ch ng sét. SVTH: Lê ng Tôn c Vi t MSSV: 0851030093 Trang 5 án t t nghi p k s công nghi p GVHD: PGS.TS Nguy n Hoàng Vi t M CL C PH N A : GI I THI U T NG QUÁT TÀI Trang I . T ng quan v cung c p đi n . Phân tích ph m vi nghiên c u . Gi i pháp d đ nh s d ng trong lu n v n . Gi i thi u t ng quát v Công Ty C Khí Và Xây D ng Tân nh. 9 PH N B :N I DUNG CHÍNH . CH NG 1 : Xác đ nh ph t i tính toán .1 Nh ng yêu c u khi thi t k cung c p đi n .2 Phân nhóm thi t b và xác đ nh tâm ph t i .3 Xác đ nh tâm ph t i . 15 CH NG 2 : XÁC NH PH T I TÍNH TOÁN 2.1 Nh ng đ nh ngh a và khái ni m chung .2 Các ph ng pháp xác đ nh ph t i tính toán .3 Tính toán th c t . 24 CH NG 3 : THI T K CHI U SÁNG 33 3.2 Tính toán chi u sáng .3 Tính toán chi u sáng b ng ph n m m Dialux 35 CH NG 4 : PH T I TÍNH TOÁN CHO NHÀ MÁY .1 Ph t i tính toán chi u sáng 58 CH NG 5 : CH N MBA VÀ NGU N D PHÒNG 64 (MÁY PHÁT I N ) CH NG 6 : CH N DÂY D N , KI M TRA S T ÁP. Ch n dây cho thi t b . Ch n dây cho c m, qu t gió và đèn cho khu phân x ng. Ch n dây cho c m, qu t gió và đèn cho khu v n phòng. L a ch n dây trung tính. 84 SVTH: Lê ng Tôn c Vi t MSSV: 0851030093 Trang 6 án t t nghi p k s công nghi p GVHD: PGS.TS Nguy n Hoàng Vi t 6. Ki m tra s t áp trong đi u ki n thi t b kh i đ ng . 89 CH NG 7 : TÍNH TOÁN NG N M CH VÀ L A CH N THI T B B O V 7. Tính toán ng n m ch 3 pha . Tính toán ng n m ch 1 pha. 107 CH NG 8 : THI T K CÁC BI N PHÁP AN TOÀN I N .2 Thi t k b o v an toàn n i đ t .3 Thi t k b o v an toàn n i đ t . 149 TÀI LI U THAM KH O 150 SVTH: Lê ng Tôn c Vi t MSSV: 0851030093 Trang 7 án t t nghi p k s công nghi p GVHD: PGS.TS Nguy n Hoàng Vi t PH N A : GI I THI U T NG QUÁT TÀI I ) T NG QUAN V CUNG C P I N : Th c ti n cho th y đi n n ng đóng vai trò r t quan tr ng trong s n su t, đ i s ng sinh ho t c a con ng i . Nhu c u đi n n ng không ng ng t ng lên trong m i linh v c nh t là trong công nghi p , chính vì lý do đó nó đ c đánh giá là m t trong nh ng m c tiêu quan tr ng đ phát tri n qu c gia. Thi t k cung c p đi n là m t ngành r t khó và r t quan tr ng vì h u nh trên th gi i hi n nay b t c m t qu c gia nào c ng ph i s d ng đi n n ng. Khi đi n n ng sinh ra thì ngành thi t k c ng b t đ u hình thành, nó giúp cho chúng ta s d ng hi u qu h n, ti t ki m h n, an toàn h n khi s d ng đi n. i n là m t ngu n n ng l ng l n nó có th chuy n hoá thành cách n ng l ng khác nh c n ng, nhi t n ng… đ ph c v cho s n xu t c ng nh sinh ho t cho nên đ i s ng con ng i không th thi u đi n n ng. Trong đó ngành công nghi p là m t khách hàng l n nh t, hi n nay n n kinh t ngày càng phát tri n do đó m c tiêu hi n đ i hoá đ t n c ngày càng m r ng thúc đ y các ngành ngày càng phát tri n và t đ ng hoá. i n n ng r t c n thi t vì h u h t các dây chuy n ho t đ ng s n xu t đ u s d ng đi n n ng. Chính vì v y ngành thi t k c ng ph i không ng ng phát tri n theo đ đ m b o thi t k công trình đi n m t cách hi u qu ,an toàn, và ti t ki m chi phí đó là m c tiêu hàng đ u mà h u h t các khách hàng đ a ra. PHÂN TÍCH PH M VI NGHIÊN C U : tài : Thi t k cung c p đi n cho nhà máy c khí và xây d ng Tân nh . Trong b ng nhi m v đ c giao GVHD đã yêu c u : - L y các thông s k thu t c a nhà máy - Phân chia nhóm , xác đ nh ph t i tính toán . - Tính toán chi u sáng dùng ph n m m Dialux. - Thi t k m ng đi n h áp cung c p cho nhà máy ( ch n MBA , dây d n , CB, tính toán ng n m ch ,s t áp . -Tính toán n i đ t an toàn . -Tính toán ch ng sét. V n ki n th c v ch đ ho t đ ng c a các thi t b tiêu th đi n, t c “t i” ( nhu c u v tr ng thái n đ nh, đi u ki n kh i đ ng, ho t đ ng không đ ng th i.v) cùng v i v trí và biên đ c a m i t i bi u diên trên b n v đang xây d ng cho phép b n li t kê nh ng đòi h i công su t đ so n th o.