Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Điện năng giữ vai trò nền tảng trong hoạt động sản xuất công nghiệp và đời sống xã hội, là nguồn động lực chủ yếu để cơ giới hóa và tự động hóa quy trình sản xuất. Trong tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, nhu cầu tiêu thụ điện năng không ngừng gia tăng, đòi hỏi hạ tầng cung cấp điện phải đi trước một bước nhằm đảm bảo tính liên tục, an toàn và hiệu quả kinh tế. Đối với các cơ sở gia công cơ khí tập trung nhiều thiết bị động lực công suất lớn, hệ thống điện hạ áp cần được tính toán thiết kế chuẩn xác để đáp ứng các chế độ làm việc biến động của phụ tải.

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế thi công cung cấp điện cho một phân xưởng cơ khí" được thực hiện bởi sinh viên Phạm Văn Hướng (ngành Điện Tự động Công nghiệp, Trường Đại học Dân lập Hải Phòng) dưới sự hướng dẫn của GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn vào năm 2019. Nhiệm vụ nghiên cứu được văn bản xác định cụ thể qua các nội dung sau:

  1. Nghiên cứu cơ sở lý luận và các phương pháp xác định phụ tải tính toán trong mạng điện công nghiệp.
  2. Khảo sát danh mục máy móc, phân nhóm phụ tải và tính toán phụ tải động lực, phụ tải chiếu sáng cho toàn phân xưởng cơ khí.
  3. Thiết kế mạng hạ áp phân xưởng: lựa chọn cấu trúc sơ đồ mạng điện, tính chọn khí cụ đóng cắt bảo vệ (aptomat, cầu chì), tủ phân phối và hệ thống dây dẫn, cáp điện.
  4. Nghiên cứu vấn đề tổn thất điện năng và tính toán giải pháp bù công suất phản kháng nhằm nâng cao hệ số công suất $\cos\varphi$.
  5. Đề xuất phương án thiết kế thi công: phương pháp lắp đặt, quy cách đi dây dẫn, cáp điện trong ống thép bảo vệ và bố trí thiết bị điện.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là hệ thống cung cấp điện cho một phân xưởng cơ khí chuyên chế tạo và gia công các chi tiết máy (bánh răng, hộp số, hộp tốc độ) với tổng số 50 thiết bị dùng điện thuộc các bộ phận rèn, nhiệt luyện, gia công mộc và quạt gió. Phạm vi không gian nghiên cứu là mặt bằng phân xưởng có diện tích $1000\text{ m}^2$, nhận nguồn điện từ lưới trung gian $35\text{ kV}$ qua trạm biến áp hạ áp. Phạm vi thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài diễn ra trong giai đoạn 2018 - 2019.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán thiết kế

Tác giả hệ thống hóa cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế mạng điện phân xưởng dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật điện công nghiệp và giáo trình chuyên ngành, bao gồm bốn phương pháp xác định phụ tải tính toán:

  • Phương pháp xác định theo công suất đặt và hệ số nhu cầu ($K_{nc}$): Áp dụng trong giai đoạn thiết kế ban đầu khi biết công suất đặt của phân xưởng. Phụ tải động lực tính theo công thức $P_{tt} = K_{nc} \cdot P_{\text{đặt}}$, kết hợp tra cứu hệ số công suất $\cos\varphi$ và hệ số đồng thời $K_{\text{đt}}$ ($0{,}9 \div 0{,}95$ cho $2 \div 4$ phân xưởng; $0{,}8 \div 0{,}85$ cho $5 \div 10$ phân xưởng). Phụ tải chiếu sáng xác định theo suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích: $P_{cs} = P_o \cdot S$.
  • Phương pháp xác định theo công suất trung bình và số thiết bị hiệu quả ($n_{hq}$): Áp dụng khi đã có mặt bằng bố trí chi tiết máy móc. Với nhóm thiết bị $n \le 3$, công suất tính toán lấy bằng tổng công suất định mức. Với $n \ge 4$, công thức tính là $P_{tt} = K_{max} \cdot K_{sd} \cdot \sum P_{\text{đm}}$, trong đó số thiết bị hiệu quả $n_{hq}$ được xác định qua tỷ số $n_1$ (số thiết bị có công suất $P \ge 0{,}5 P_{max}$) và $P_1$ (tổng công suất của $n_1$ thiết bị) so với tổng số thiết bị $n$ và tổng công suất nhóm $P_{\sum}$. Hệ số sử dụng của xưởng cơ khí lấy $K_{sd} = 0{,}2$. Khi $n_{hq} < 4$, phụ tải tính toán xác định theo hệ số tải $k_t$ ($k_t = 0{,}9$ cho chế độ dài hạn, $k_t = 0{,}75$ cho chế độ ngắn hạn lặp lại).
  • Phương pháp xác định theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích: Áp dụng trong thiết kế sơ bộ cho các phân xưởng có mật độ thiết bị phân bố đều.
  • Phương pháp xác định theo suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị sản phẩm: Áp dụng cho các phụ tải ít biến đổi (quạt gió, bơm nước, máy nén khí) dựa trên sản lượng hàng năm $M$, suất tiêu hao $W_o$ và thời gian sử dụng công suất cực đại $T_{max}$.

Phương pháp tính chọn dây dẫn và cáp điện hạ áp dựa trên điều kiện phát nóng cho phép: $$I_{cp} \ge \frac{I_{tt}}{k_1 \cdot k_2}$$ Trong đó $k_1$ là hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ môi trường, $k_2$ là hệ số hiệu chỉnh theo số lượng cáp đi chung một rãnh. Tiết diện cáp sau khi chọn theo phát nóng được kiểm tra lại theo điều kiện kết hợp với thiết bị bảo vệ (cầu chì hoặc aptomat).

Cơ sở tính chọn cầu chì bảo vệ động cơ lồng sóc sử dụng bội số dòng khởi động $k_{mm} = 5$ và hệ số mở máy $\alpha = 2{,}5$. Cầu chì tổng của tủ động lực phải thỏa mãn điều kiện chọn lọc: dòng định mức dây chảy cầu chì tổng lớn hơn ít nhất 2 cấp so với cầu chì nhánh lớn nhất.

Lý thuyết bù công suất phản kháng dựa trên phân tích cấu trúc tổn thất trong hệ thống điện (trong đó mạng điện hạ áp $0{,}1 \div 10\text{ kV}$ chiếm $64{,}4%$ tổng tổn thất điện năng toàn hệ thống). Tác giả so sánh hai giải pháp bù: máy bù đồng bộ (tổn thất công suất tác dụng $1{,}33 \div 3{,}2%$, cấu tạo quay phức tạp) và tụ điện tĩnh (tổn thất thấp $0{,}3 \div 0{,}5%$, vận hành tĩnh, chi phí ổn định theo dung lượng).

Nguồn dữ liệu tính toán được trích xuất từ bảng danh mục thiết bị của phân xưởng cơ khí, sổ tay kỹ thuật tra cứu hệ số $K_{max}$, bảng dòng điện cho phép của cáp điện cách điện PVC và các catalogue thiết bị điện.

Thiết kế và triển khai hệ thống cung cấp điện

Hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng được thiết kế theo cấu trúc phân cấp, kết hợp giữa sơ đồ hình tia và sơ đồ hỗn hợp:

  • Kiến trúc cấp nguồn: Điện năng được lấy từ một phân đoạn thanh cái $35\text{ kV}$ qua trạm biến áp hạ áp trung gian cấp đến tủ phân phối chính (TPPC) của phân xưởng. Đường cáp hạ thế từ trạm biến áp về TPPC gồm 5 nhánh cáp đồng bọc PVC loại $5\text{PVC } (3\times 50 + 1\times 50)\text{ mm}^2$.
  • Mạng phân phối: Từ tủ phân phối chính đến 5 tủ động lực (TĐL1 đến TĐL5) và 1 tủ chiếu sáng được cấp điện theo sơ đồ hình tia độc lập nhằm tăng tính linh hoạt trong quản lý và cô lập sự cố. Tủ phân phối chính sử dụng tủ mã hiệu $\Pi\text{P}-9262$ (do Liên Xô chế tạo) gồm 1 đầu vào và 6 đầu ra. Các tuyến cáp từ TPPC đến từng tủ động lực sử dụng cáp đồng 4 lõi tiết diện $120\text{ mm}^2$, có dòng cho phép $I_{cp} = 343\text{ A}$, được chôn ngầm trực tiếp dưới đất ($k_1 = k_2 = 1$).
  • Mạng động lực nội bộ: Từ mỗi tủ động lực cấp điện đến các máy công cụ theo sơ đồ hỗn hợp. Các thiết bị có công suất lớn và quan trọng nhận điện trực tiếp từ thanh cái tủ động lực; các máy móc có công suất nhỏ được ghép thành nhóm liên thông.
  • Quy cách lắp đặt và thi công cáp: Tất cả các tuyến dây dẫn từ tủ động lực đến từng thiết bị đều sử dụng cáp đồng 4 lõi cách điện PVC mã hiệu $\Pi\text{PTO}$, luồn trong ống thép bảo vệ có đường kính tiêu chuẩn $3/4''$ chôn ngầm dưới nền xưởng. Nhiệt độ môi trường tính toán giả định là $+25^\circ\text{C}$ ($k_1 = 1$), với 6 cáp đặt chung trong một rãnh cách nhau $100\text{ mm}$ thì hệ số điều chỉnh là $k_2 = 0{,}8$.
  • Khí cụ bảo vệ: Các nhánh động lực sử dụng cầu chì mã hiệu $\Pi\text{P}-2$ với các cấp dòng định mức dây chảy từ $45\text{ A}$ đến $500\text{ A}$ kết hợp rơle nhiệt. Cầu chì tổng của tủ động lực TĐL1 được chọn là $600\text{ A}$. Tác giả đưa ra giả thiết kỹ thuật: do phân xưởng đặt cách xa trạm biến áp nên không tính dòng điện ngắn mạch để kiểm tra cáp và aptomat.
  • Giải pháp bù phản kháng: Bố trí hệ thống tụ điện tĩnh 3 pha đấu tam giác nối vào thanh cái hạ áp của tủ phân phối để nâng cao hệ số công suất toàn xưởng từ $\cos\varphi = 0{,}75$ lên $\cos\varphi = 0{,}95$.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Các phương pháp xác định phụ tải tính toán (PTTT)

Chương 1 trình bày bản chất vật lý của phụ tải tính toán và nguyên tắc phân nhóm máy móc trong phân xưởng cơ khí gồm: các thiết bị trong nhóm phải gần nhau trên mặt bằng; cùng chế độ làm việc; tổng công suất giữa các nhóm ít chênh lệch nhất; và số lộ ra của mỗi tủ động lực không quá 8 lộ. Dựa trên 50 thiết bị, tác giả phân chia thành 5 nhóm phụ tải động lực:

  • Nhóm 1: Gồm 12 thiết bị bộ phận rèn (búa hơi, lò rèn, palăng điện, quạt ly tâm, lò điện, máy biến áp) với tổng công suất đặt $122{,}2\text{ kW}$. Số thiết bị hiệu quả tính được $n_{hq} = 7$, hệ số $K_{max} = 2{,}1$. Phụ tải tính toán: $P_{tt1} = 51{,}32\text{ kW}$; $Q_{tt1} = 68{,}43\text{ kVAr}$; $S_{tt1} = 85{,}54\text{ kVA}$; $I_{tt1} = 129{,}96\text{ A}$.
  • Nhóm 2: Gồm 6 thiết bị bộ phận nhiệt luyện (lò điện hóa cứng kim loại $90\text{ kW}$, máy mài sắc, quạt gió, lò điện, máy ép ma sát) với tổng công suất $128{,}3\text{ kW}$. Số thiết bị hiệu quả $n_{hq} = 6$, $K_{max} = 2{,}24$. Phụ tải tính toán: $P_{tt2} = 57{,}48\text{ kW}$; $Q_{tt2} = 76{,}45\text{ kVAr}$; $S_{tt2} = 95{,}65\text{ kVA}$; $I_{tt2} = 145{,}33\text{ A}$.
  • Nhóm 3: Gồm 3 thiết bị công suất lớn (thiết bị tôi cao tần $80\text{ kW}$, thiết bị đo bi $23\text{ kW}$, lò điện $30\text{ kW}$) với tổng công suất $133\text{ kW}$. Vì $n = 3$ nên công suất tính toán lấy bằng tổng công suất định mức: $P_{tt3} = 133\text{ kW}$; $Q_{tt3} = 176{,}89\text{ kVAr}$; $S_{tt3} = 221{,}32\text{ kVA}$; $I_{tt3} = 336{,}23\text{ A}$.
  • Nhóm 4: Gồm 9 thiết bị bộ phận nhiệt luyện và gia công (các lò điện, bể dầu tôi, máy tôi bánh răng, máy đo độ cứng, cầu trục) với tổng công suất $123{,}15\text{ kW}$. Số thiết bị hiệu quả $n_{hq} = 5{,}22$, $K_{max} = 2{,}42$. Phụ tải tính toán: $P_{tt4} = 59{,}6\text{ kW}$; $Q_{tt4} = 79{,}27\text{ kVAr}$; $S_{tt4} = 99{,}2\text{ kVA}$; $I_{tt4} = 150{,}72\text{ A}$.
  • Nhóm 5: Gồm 9 thiết bị bộ phận mộc và quạt gió (máy nén khí $45\text{ kW}$, máy bào, máy khoan, máy cưa, các quạt gió công nghiệp) với tổng công suất $109\text{ kW}$. Số thiết bị hiệu quả $n_{hq} = 7$, $K_{max} = 2{,}1$. Phụ tải tính toán: $P_{tt5} = 45{,}78\text{ kW}$; $Q_{tt5} = 60{,}89\text{ kVAr}$; $S_{tt5} = 76{,}18\text{ kVA}$; $I_{tt5} = 115{,}74\text{ A}$.
  • Phụ tải chiếu sáng: Với diện tích nhà xưởng $F = 1000\text{ m}^2$ và suất phụ tải chiếu sáng $P_o = 12\text{ W/m}^2$, công suất chiếu sáng toàn xưởng là $P_{cs} = 12\text{ kW}$.
Nhóm phụ tải Số thiết bị ($n$) Tổng $P_{\text{đm}}$ (kW) $n_{hq}$ $K_{max}$ $P_{tt}$ (kW) $Q_{tt}$ (kVAr) $S_{tt}$ (kVA) $I_{tt}$ (A)
Nhóm 1 12 122,20 7,00 2,10 51,32 68,43 85,54 129,96
Nhóm 2 6 128,30 6,00 2,24 57,48 76,45 95,65 145,33
Nhóm 3 3 133,00 3,00 - 133,00 176,89 221,32 336,23
Nhóm 4 9 123,15 5,22 2,42 59,60 79,27 99,20 150,72
Nhóm 5 9 109,00 7,00 2,10 45,78 60,89 76,18 115,74
Chiếu sáng - 12,00 - - 12,00 - 12,00 -

Chương 2: Thiết kế mạng hạ áp cho phân xưởng cơ khí

Chương 2 thực hiện tính toán và lựa chọn thiết bị điện hạ áp cho phân xưởng:

  • Tuyến cáp từ trạm biến áp về tủ phân phối chính được chọn gồm 5 nhánh cáp $5\text{PVC } (3\times 50 + 1\times 50)\text{ mm}^2$.
  • Tuyến cáp từ tủ phân phối chính đến các tủ động lực: Căn cứ dòng điện tính toán các nhóm ($115{,}74\text{ A} \div 336{,}23\text{ A}$), tác giả đồng nhất lựa chọn cáp đồng 4 lõi chôn dưới đất có tiết diện $120\text{ mm}^2$ với dòng cho phép $I_{cp} = 343\text{ A}$ cho cả 5 tuyến.
  • Tủ phân phối: Lựa chọn tủ $\Pi\text{P}-9262$ gồm 1 aptomat tổng và 6 nhánh cấp cho 5 tủ động lực và 1 tủ chiếu sáng.
  • Cầu chì và dây dẫn đến từng máy móc: Lựa chọn cáp đồng 4 lõi $\Pi\text{PTO}$ luồn trong ống thép $3/4''$. Tiết diện dây dẫn và thông số cầu chì $\Pi\text{P}-2$ bảo vệ cho các thiết bị tiêu biểu được tổng hợp trong bảng:
Tên thiết bị tiêu biểu $P_{\text{đm}}$ (kW) $I_{\text{đm}}$ (A) Dây dẫn $\Pi\text{PTO}$ ($F\text{ mm}^2$) Đường kính ống thép Mã hiệu cầu chì $\Pi\text{P}-2$ Cấp dòng $I_{vỏ}/I_{dc}$ (A)
Búa hơi để rèn (Nhóm 1) 10,0 25,32 2,5 3/4'' $\Pi\text{P}-2$ 160/200
Búa hơi để rèn (Nhóm 1) 28,0 70,90 10,0 3/4'' $\Pi\text{P}-2$ 160/200
Lò điện hóa cứng kim loại (Nhóm 2) 90,0 227,90 95,0 3/4'' $\Pi\text{P}-2$ 500/600
Máy mài sắc (Nhóm 2) 3,2 8,10 2,5 3/4'' $\Pi\text{P}-2$ 45/60
Thiết bị tôi cao tần (Nhóm 3) 80,0 202,60 95,0 3/4'' $\Pi\text{P}-2$ 430/600
Thiết bị đo bi (Nhóm 3) 23,0 58,24 10,0 3/4'' $\Pi\text{P}-2$ 160/200
Lò điện (Nhóm 4) 36,0 91,16 16,0 3/4'' $\Pi\text{P}-2$ 200/350
Bể dầu tôi (Nhóm 4) 4,0 10,13 10,0 3/4'' $\Pi\text{P}-2$ 100/200
Máy nén khí (Nhóm 5) 45,0 113,95 16,0 3/4'' $\Pi\text{P}-2$ 260/350
Quạt gió số 14 (Nhóm 5) 18,0 45,58 4,0 3/4'' $\Pi\text{P}-2$ 100/200

Chương 3: Tính bù công suất phản kháng

Chương 3 phân tích tổn thất điện năng và đề xuất giải pháp kỹ thuật nâng cao hệ số công suất:

  • Phân tích tổn thất: Trong hệ thống điện, tổn thất điện năng tập trung lớn nhất ở lưới điện xí nghiệp cấp điện áp $0{,}1 \div 10\text{ kV}$, chiếm tới $64{,}4%$ tổng tổn thất điện năng (đường dây chiếm $47{,}8%$, máy biến áp chiếm $16{,}6%$), trong khi cấp điện áp $U \ge 110\text{ kV}$ chiếm $25{,}7%$ và cấp $U = 35\text{ kV}$ chiếm $9{,}9%$.
Cấp điện áp của mạng Tổn thất đường dây (%) Tổn thất máy biến áp (%) Tổng tổn thất điện năng (%)
$U \ge 110\text{ kV}$ 13,3 12,4 25,7
$U = 35\text{ kV}$ 6,9 3,0 9,9
$U = 0{,}1 \div 10\text{ kV}$ 47,8 16,6 64,4
Tổng cộng 68,0 32,0 100,0
  • Biện pháp tự nhiên: Áp dụng các giải pháp không dùng thiết bị bù như thay thế động cơ không đồng bộ làm việc non tải bằng động cơ nhỏ hơn; giảm điện áp động cơ non tải (chuyển đổi nối dây quấn stato từ tam giác sang sao, đổi nấc phân áp máy biến áp); hạn chế động cơ chạy không tải bằng rơle thời gian khống chế; dùng động cơ đồng bộ thay động cơ không đồng bộ.
  • Lựa chọn thiết bị bù: Tác giả so sánh và chỉ ra tụ điện tĩnh tiêu thụ công suất tác dụng rất nhỏ ($0{,}3 \div 0{,}5%$) so với máy bù đồng bộ ($1{,}33 \div 3{,}2%$), không có phần tử quay, ít xảy ra sự cố và cho phép chia nhỏ lắp đặt sâu trong mạng hạ áp. Do đó, tác giả quyết định lựa chọn tụ điện tĩnh hạ áp 3 pha đấu tam giác đặt tại thanh cái tủ phân phối.
  • Xác định thông số bù: Toàn bộ phụ tải phân xưởng có công suất tác dụng tính toán $P_{ttpx} = 341{,}2\text{ kW}$, công suất phản kháng $Q_{ttpx} = 453{,}82\text{ kVAr}$, công suất toàn phần $S_{ttpx} = 567{,}8\text{ kVA}$, hệ số công suất ban đầu là $\cos\varphi_{px} = 0{,}75$. Mục tiêu tính toán đặt ra là xác định dung lượng tụ bù để nâng hệ số công suất lên $\cos\varphi = 0{,}95$.

Chương 4: Thiết kế thi công cho phân xưởng cơ khí

Chương 4 tập trung vào các phương án kỹ thuật thi công thực tế tại hiện trường:

  • Xác định phương pháp lắp đặt và quy cách đi dây dẫn, cáp điện theo hệ thống mương cáp và ống bảo vệ chôn ngầm.
  • Lắp đặt các tủ động lực TĐL1 đến TĐL5 tại các vị trí trung tâm phụ tải của từng bộ phận nhằm rút ngắn chiều dài đường dây cấp đến máy.
  • Thi công hệ thống ống thép bảo vệ đường kính tiêu chuẩn $3/4''$ đi ngầm dưới sàn xưởng để luồn cáp $\Pi\text{PTO}$ đến từng động cơ, đảm bảo khả năng chịu lực cơ học của xe vận chuyển trong phân xưởng.
  • Thiết kế sơ đồ bố trí mạng điện chiếu sáng sinh hoạt, công tắc và ổ cắm công nghiệp phục vụ sửa chữa, vận hành trong phân xưởng cơ khí.

Kết quả và đóng góp kỹ thuật

Đồ án đã đạt được các kết quả tính toán định lượng và giải pháp kỹ thuật cụ thể:

  • Xác định đầy đủ phụ tải tính toán của 50 thiết bị trong phân xưởng $1000\text{ m}^2$ thông qua phương pháp số thiết bị hiệu quả: tổng công suất tác dụng $P_{ttpx} = 341{,}2\text{ kW}$, công suất phản kháng $Q_{ttpx} = 453{,}82\text{ kVAr}$, công suất biểu kiến $S_{ttpx} = 567{,}8\text{ kVA}$, và công suất chiếu sáng $P_{cs} = 12\text{ kW}$.
  • Thiết lập cấu trúc cung cấp điện hoàn chỉnh: sử dụng 5 nhánh cáp $5\text{PVC } (3\times 50 + 1\times 50)\text{ mm}^2$ nhận điện từ trạm biến áp; đồng bộ hóa 5 tuyến cáp cấp đến các tủ động lực bằng cáp đồng $4\text{ lõi } 120\text{ mm}^2$ ($I_{cp} = 343\text{ A}$); chọn tủ phân phối chính $\Pi\text{P}-9262$.
  • Tính chọn chi tiết dây dẫn và khí cụ bảo vệ cho toàn bộ thiết bị: cáp $\Pi\text{PTO}$ (tiết diện từ $2{,}5\text{ mm}^2$ đến $95\text{ mm}^2$) đi trong ống thép $3/4''$, phối hợp bảo vệ bằng cầu chì hộp $\Pi\text{P}-2$.
  • Xác lập cơ sở kỹ thuật cho bài toán bù công suất phản kháng: chỉ ra mạng hạ áp xí nghiệp chiếm $64{,}4%$ tổn thất hệ thống và lựa chọn giải pháp bù bằng tụ tĩnh tại thanh cái hạ áp để nâng hệ số công suất từ $0{,}75$ lên $0{,}95$.

Về mặt đóng góp, tác giả đã xây dựng được hồ sơ thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho một phân xưởng cơ khí thực tế, tuân thủ các nguyên tắc phân nhóm phụ tải nhằm cân bằng công suất và chuẩn hóa vật tư thiết bị, kết hợp chặt chẽ giữa tính toán lý thuyết với biện pháp thi công ngầm đảm bảo an toàn công nghiệp.

Hạn chế và hướng phát triển

Dựa trên nội dung văn bản, đồ án tồn tại một số điểm hạn chế kỹ thuật sau:

  • Tác giả đưa ra giả thiết bỏ qua việc tính toán dòng điện ngắn mạch để kiểm tra độ ổn định lực điện động và ổn định nhiệt của cáp điện và aptomat với lý do "phân xưởng đặt cách xa trạm biến áp". Điều này làm giảm tính kiểm chứng về khả năng chịu sự cố của hệ thống.
  • Phần văn bản tại Chương 3 dừng lại ở bước lập bài toán nâng cao hệ số công suất từ $0{,}75$ lên $0{,}95$, chưa trình bày chi tiết công thức tính trị số dung lượng bù cụ thể ($Q_{bù}$) và cách phân chia các tổ tụ bù thực tế.
  • Chủng loại thiết bị đóng cắt và phân phối được lựa chọn chủ yếu là các dòng thiết bị truyền thống (tủ $\Pi\text{P}-9262$, cầu chì $\Pi\text{P}-2$ do Liên Xô chế tạo).

Hướng phát triển tiếp theo của đề tài bao gồm:

  • Bổ sung nội dung tính toán ngắn mạch tại các điểm thanh cái hạ áp để kiểm tra khả năng cắt của khí cụ đóng cắt và độ bền nhiệt của cáp dẫn.
  • Hiện đại hóa cấu hình thiết bị bảo vệ bằng aptomat khối (MCCB) và aptomat tép (MCB) theo đúng xu thế công nghiệp hiện đại như tác giả đã nhận định trong Chương 2.
  • Tính toán dung lượng bộ tụ bù tự động đóng cắt theo phụ tải để duy trì hệ số công suất ổn định quanh ngưỡng $0{,}95$.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật Điện, Hệ thống Điện, và Điện Tự động Công nghiệp:

  • Cung cấp quy trình mẫu về việc phân nhóm phụ tải cơ khí dựa trên 4 nguyên tắc kỹ thuật (vị trí không gian, chế độ làm việc, cân bằng công suất và giới hạn số lộ ra).
  • Minh họa chi tiết các bước xác định số thiết bị dùng điện hiệu quả ($n_{hq}$) và tra cứu hệ số cực đại ($K_{max}$) từ công suất trung bình theo giáo trình chuẩn.
  • Cung cấp số liệu phân tích định lượng về tổn thất điện năng theo cấp điện áp và phương pháp kiểm tra điều kiện phối hợp giữa tiết diện dây dẫn với thiết bị bảo vệ quá tải, ngắn mạch.

Câu hỏi thường gặp

1. Mặt bằng và phụ tải tính toán tổng thể của phân xưởng cơ khí được xác định là bao nhiêu?
Phân xưởng có diện tích mặt bằng $1000\text{ m}^2$. Phụ tải tính toán toàn xưởng bao gồm phụ tải tác dụng $P_{ttpx} = 341{,}2\text{ kW}$ (đã bao gồm $12\text{ kW}$ phụ tải chiếu sáng với suất chiếu sáng $P_o = 12\text{ W/m}^2$), phụ tải phản kháng $Q_{ttpx} = 453{,}82\text{ kVAr}$, phụ tải biểu kiến $S_{ttpx} = 567{,}8\text{ kVA}$, và hệ số công suất tự nhiên là $\cos\varphi_{px} = 0{,}75$.

2. Tổng số 50 thiết bị trong phân xưởng được phân thành mấy nhóm và dựa vào những nguyên tắc nào?
Các thiết bị được chia làm 5 nhóm phụ tải động lực dựa trên 4 nguyên tắc: các máy trong cùng nhóm đặt gần nhau trên mặt bằng; có cùng chế độ làm việc (cùng hệ số sử dụng $K_{sd} = 0{,}2$); phân bổ để tổng công suất giữa các nhóm ít chênh lệch nhất (từ $109\text{ kW}$ đến $133\text{ kW}$); và số lộ ra của tủ động lực không vượt quá giới hạn chế tạo (thường không quá 8 lộ).

3. Tuyến cáp từ trạm biến áp về tủ phân phối chính và từ tủ phân phối về các tủ động lực dùng loại cáp nào?
Tuyến cáp hạ thế từ trạm biến áp về tủ phân phối chính gồm 5 nhánh cáp đồng bọc PVC loại $5\text{PVC } (3\times 50 + 1\times 50)\text{ mm}^2$. Từ tủ phân phối chính đến 5 tủ động lực sử dụng thống nhất cáp đồng 4 lõi tiết diện $120\text{ mm}^2$ có dòng cho phép $I_{cp} = 343\text{ A}$, được chôn ngầm trực tiếp dưới đất.

4. Dây dẫn từ tủ động lực đến từng máy móc được lắp đặt theo quy cách kỹ thuật nào?
Dây dẫn từ các tủ động lực đến động cơ sử dụng cáp đồng 4 lõi cách điện PVC mã hiệu $\Pi\text{PTO}$ (tiết diện từ $2{,}5\text{ mm}^2$ đến $95\text{ mm}^2$). Toàn bộ cáp được luồn trong ống thép bảo vệ có đường kính tiêu chuẩn $3/4''$ chôn ngầm dưới nền bê tông phân xưởng để chống va đập cơ học.

5. Vì sao tác giả lựa chọn giải pháp bù công suất phản kháng bằng tụ điện tĩnh thay vì máy bù đồng bộ?
Tác giả so sánh dựa trên tổn thất điện năng và đặc tính kỹ thuật: máy bù đồng bộ tiêu tốn $1{,}33 \div 3{,}2%$ công suất định mức, cấu tạo quay phức tạp dễ sự cố và giá thành mỗi kVA phụ thuộc lớn vào công suất; trong khi tụ điện tĩnh tiêu hao rất ít công suất tác dụng ($0{,}3 \div 0{,}5%$), vận hành tĩnh tin cậy, giá thành trên mỗi kVA ổn định và dễ phân chia lắp đặt sâu vào mạng hạ áp.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Phạm Văn Hướng đã hoàn thành việc thiết kế kỹ thuật và phương án thi công hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng cơ khí diện tích $1000\text{ m}^2$ với tổng phụ tải tính toán $341{,}2\text{ kW}$. Tác giả đã giải quyết đồng bộ các khâu từ phân nhóm phụ tải, xác định công suất tính toán theo phương pháp số thiết bị hiệu quả, thiết kế mạng phân phối hình tia và hỗn hợp, tính chọn cáp điện và khí cụ bảo vệ, đến giải pháp bù công suất phản kháng nâng hệ số $\cos\varphi$ lên $0{,}95$. Bản đồ án là tài liệu thiết kế hệ thống điện hạ áp công nghiệp có tính hệ thống, bám sát các phương pháp tính toán chuyên ngành và tiêu chuẩn lắp đặt kỹ thuật thực tế.