I. Giới thiệu chung về thiết kế hệ thống điện phân xưởng
Thiết kế hệ thống điện phân xưởng là một công việc vô cùng quan trọng trong ngành công nghiệp hiện đại. Điện năng đóng vai trò then chốt, chiếm khoảng 70% năng lượng sử dụng tại các nhà máy và xí nghiệp công nghiệp. Việc cung cấp điện hiệu quả và tin cậy trực tiếp ảnh hưởng đến năng suất sản xuất và phát triển kinh tế quốc gia. Một phương án cung cấp điện hợp lý phải kết hợp các yêu cầu kinh tế, độ an toàn cao, tính liên tục, và dễ dàng bảo trì. Điều này đòi hỏi các kỹ sư phải nắm vững các nguyên tắc thiết kế hệ thống điện để đáp ứng nhu cầu tăng trưởng không ngừng về điện năng.
1.1. Đặc điểm của phân xưởng sửa chữa cơ khí
Phân xưởng sửa chữa cơ khí có đặc điểm tiêu thụ điện năng cao với nhiều thiết bị công nghiệp. Các loại máy như máy phay, máy tiện, máy khoan hoạt động liên tục hoặc tuần hoàn. Hệ số công suất thấp do tải cảm kỷ, yêu cầu thiết bị bù công suất phù hợp. Tải không đều và có thể biến đổi theo quy trình sản xuất.
1.2. Tính toán phụ tải và phân nhóm phụ tải
Phân nhóm phụ tải là bước quan trọng để xác định công suất tính toán chính xác. Các thiết bị được chia thành các nhóm khác nhau dựa trên đặc tính và thời gian hoạt động. Sử dụng phương pháp tính toán công suất phù hợp để xác định tâm phụ tải và bán kính từng nhóm, giúp tối ưu hóa thiết kế mạng điện.
II. Phương án cung cấp điện và lựa chọn máy biến áp
Phương án cung cấp điện cho phân xưởng cần được lựa chọn kỹ lưỡng dựa trên các điều kiện kinh tế và kỹ thuật. Thường có hai phương án chính: cung cấp từ nguồn lưới điện quốc gia hoặc kết hợp với máy phát dự phòng. Máy biến áp đóng vai trò trung tâm trong hệ thống, chuyển đổi điện áp từ mức cao xuống mức thích hợp cho sử dụng tại phân xưởng. Việc lựa chọn công suất và loại máy biến áp phải tính toán dựa trên tổng công suất thiết kế của phân xưởng, hệ số đồng thời, và dự phòng cho sự phát triển tương lai.
2.1. Lựa chọn phương án cung cấp điện
Phương án cung cấp từ lưới điện là lựa chọn chính với độ tin cậy cao. Cần xem xét độ dài đường dây, mất mát điện áp, và chi phí xây dựng. Máy phát dự phòng nên được trang bị để đảm bảo liên tục cung cấp khi lưới chính gặp sự cố.
2.2. Tính toán chọn máy biến áp phù hợp
Công suất máy biến áp được tính: Sn ≥ Sp.tính / cos(φ). Chọn loại máy biến áp phù hợp với điều kiện môi trường, kiểm tra quá tải, và xác định số lượng máy dự phòng. Điều này đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu và độ tin cậy cao.
III. Thiết kế tủ điều khiển và tủ động lực
Tủ điều khiển và tủ động lực là những thành phần quan trọng trong hệ thống điện phân xưởng. Tủ động lực chứa các thiết bị bảo vệ, điều khiển cấp điện cho các máy móc. Tủ điều khiển điều phối và bảo vệ toàn bộ hệ thống. Trong thiết kế, phải chọn lựa các khí cụ điện như cầu dao, rơ le, contactor, và công tắc phù hợp với công suất thiết bị. Ví dụ, máy phay 6H81 cần tủ điều khiển đặc biệt với các thiết bị bảo vệ ngắn mạch, quá dòng, và chế độ khởi động mềm.
3.1. Chọn khí cụ điện cho tủ động lực
Cầu dao điện được chọn dựa trên dòng đích định và loại tải. Rơ le bảo vệ nhiệt bảo vệ chống quá dòng, trong khi rơ le từ cung cấp bảo vệ ngắn mạch nhanh. Contactor điều khiển khởi động - dừng máy móc. Tất cả phải tuân thủ tiêu chuẩn an toàn và tính toán thích hợp.
3.2. Thiết kế tủ máy phay 6H81
Máy phay 6H81 là thiết bị quan trọng yêu cầu tủ điều khiển chuyên dụng. Thiết bị bảo vệ bao gồm: cầu dao tổng, khởi động từ, rơ le bảo vệ. Cần tính toán dòng định mức của máy để chọn khí cụ phù hợp, đảm bảo vận hành an toàn và hiệu quả.
IV. Thiết kế hệ thống dây dẫn và lựa chọn khí cụ bảo vệ
Hệ thống dây dẫn trong phân xưởng phải được thiết kế theo tiêu chuẩn kỹ thuật để đảm bảo an toàn và hiệu quả. Lựa chọn tiết diện dây dẫn phải tính toán dựa trên dòng điện chạy qua và điều kiện đặt dây. Mất mát điện áp không được vượt 5% cho các mạch chính. Các khí cụ bảo vệ như cầu dao (CB) được chọn cho từng nhóm phụ tải, máy phát dự phòng, và mạch chiếu sáng. Mỗi CB phải có thông số phù hợp với tải và được bố trí logic trong bảng điều khiển chính.
4.1. Lựa chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng
Tiết diện dây dẫn được chọn để đảm bảo nhiệt độ dây không vượt quá giới hạn cho phép. Tính toán I = Sp / (√3 × U × cosφ) để xác định dòng thiết kế. Chọn tiết diện sao cho mất má**t điện áp ΔU < 5%, đặc biệt cho các mạch chiếu sáng ΔU < 3%.
4.2. Lựa chọn cầu dao bảo vệ cho các nhóm phụ tải
Cầu dao (CB) cho nhóm 1, 2, 3 được chọn dựa trên dòng tính toán của từng nhóm. CB máy phát dự phòng có thông số riêng biệt. CB tổng bảo vệ toàn bộ hệ thống với khả năng tắt nhanh khi có sự cố. Tất cả CB phải có tiêu chuẩn an toàn IEC đúng quy định.
