Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong quá trình đào tạo khối ngành kỹ thuật công nghiệp, xưởng thực hành cơ khí là môi trường học tập đặc thù với mật độ tập trung cao của các thiết bị gia công kim loại, máy công cụ và hệ thống động cơ điện có công suất biến thiên. Đề tài đồ án môn học "Ứng dụng phần mềm Ecodial thiết kế cấp điện cho phân xưởng cơ khí" do sinh viên Lý Trung Tín (ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện – Điện tử, Trường Đại học Trà Vinh) thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Phạm Tấn Hưng, tập trung giải quyết bài toán thiết kế mạng cung cấp điện cho Xưởng thực hành cơ khí C41 thuộc Khu I, Trường Đại học Trà Vinh.

Theo tác giả trình bày, xưởng thực hành C41 là nơi trực tiếp diễn ra các hoạt động thực hành, thí nghiệm và đào tạo chuyên môn cho sinh viên kỹ thuật. Phụ tải điện tại đây có đặc tính vận hành phức tạp: chế độ làm việc thay đổi liên tục theo thời gian, phụ thuộc chặt chẽ vào số lượng sinh viên trong mỗi ca thực hành, chủng loại máy móc vận hành đồng thời (như máy tiện, máy phay, máy bào, máy hàn, thiết bị gia công CNC) và các thời điểm khác nhau trong ngày. Nguồn điện cung cấp bắt buộc phải đảm bảo độ tin cậy, tính ổn định và an toàn kỹ thuật nhằm phòng ngừa nguy cơ sụt áp, quá tải hoặc gián đoạn quy trình đào tạo.

Vấn đề kỹ thuật cần giải quyết trong đồ án được xác định gồm ba nội dung trọng tâm:

  1. Tính toán phụ tải điện: Xác định tổng công suất đặt và công suất tính toán của toàn bộ máy móc, thiết bị trong xưởng; dự báo nhu cầu sử dụng điện cực đại trong các trường hợp vận hành thực tế; làm cơ sở lựa chọn dây dẫn và thiết bị đóng cắt phù hợp.
  2. Thiết kế hệ thống điện: Xây dựng cấu trúc lưới điện hạ áp đáp ứng tiêu chí an toàn, tin cậy và tiết kiệm; thiết kế chi tiết mạng dây dẫn, bố trí các tủ điện phân phối, tủ động lực, cũng như định hướng hệ thống tiếp địa và chống sét.
  3. Lựa chọn nguồn điện: Đánh giá phương án nhận điện từ lưới điện hạ thế hoặc trạm biến áp chuyên dùng, tính toán chọn máy biến áp phù hợp nhằm duy trì nguồn cấp liên tục và ổn định cho phân xưởng.

Mục tiêu nghiên cứu chính của đề tài là ứng dụng phần mềm chuyên dụng Ecodial (phiên bản Ecodial INT_V4.99 và giao diện Ecodial 3.3) để tính toán, mô phỏng và kiểm tra các thông số kỹ thuật của mạng điện phân xưởng cơ khí C41, qua đó hệ thống hóa kiến thức lý thuyết về mạng cung cấp điện và nâng cao kỹ năng thiết kế kỹ thuật điện. Đối tượng nghiên cứu là hệ thống cung cấp điện hạ áp cho các phụ tải động lực và chiếu sáng của phân xưởng. Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong không gian mặt bằng xưởng thực hành cơ khí C41 Khu I Trường Đại học Trà Vinh, tập trung vào việc tính toán phụ tải, chọn máy biến áp, chọn cáp dẫn điện và kiểm tra tính chọn lọc của thiết bị bảo vệ. Thời gian hoàn thành đồ án vào tháng 04 năm 2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết của đồ án được xây dựng dựa trên các nguyên lý cơ bản của kỹ thuật cung cấp điện công nghiệp, bao gồm định nghĩa, phân loại hệ thống điện và các phương pháp xác định phụ tải tính toán hạ áp:

Khung lý thuyết và phân loại hệ thống điện

Hệ thống điện được xác định là tập hợp các nhà máy điện, trạm phân phối, trạm biến áp, đường dây truyền tải, đường dây phân phối và các thiết bị điều khiển, bảo vệ rơle làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng. Về mặt phân loại, tác giả hệ thống hóa:

  • Theo dạng nguồn cung cấp: Hệ thống nhiệt điện, thủy điện và hệ thống hỗn hợp.
  • Theo thành phần hộ tiêu thụ: Phụ tải sinh hoạt - chiếu sáng, xí nghiệp công nghiệp và hộ tiêu thụ hỗn hợp.
  • Theo vị trí tương quan: Hệ thống điện tập trung (nhà máy điện đặt gần trung tâm phụ tải) và hệ thống điện kéo dài (phải truyền tải đi xa).
  • Phân loại mạng điện: Mạng khu vực (110–220 kV) và mạng địa phương (6–35 kV); mạng hở và mạng kín; mạng truyền tải và mạng phân phối; mạng hạ áp ($U < 1\text{ kV}$), cao áp ($1\text{ kV} \le U \le 220\text{ kV}$) và siêu cao áp ($U > 220\text{ kV}$); cùng các chế độ trung tính nối đất trực tiếp hoặc trung tính cách điện đối với đất.

Các công thức tính toán phụ tải

Đồ án trình bày và sử dụng các phương pháp tính toán phụ tải công nghiệp tiêu chuẩn:

  • Phương pháp hệ số nhu cầu ($K_{nc}$): $$P_{tt} = K_{nc} \times P_{đặt}$$ $$Q_{tt} = P_{tt} \times \tan\varphi$$
  • Phương pháp theo suất tiêu hao điện năng hoặc suất phụ tải trên đơn vị diện tích ($P_0$): $$P_{tt} = P_0 \times F$$ Trong đó $P_0$ là công suất trên một đơn vị diện tích ($\text{W/m}^2$) và $F$ là diện tích phân xưởng ($\text{m}^2$).
  • Phương pháp tính theo công suất trung bình và hệ số cực đại ($K_{max}$), kết hợp xác định số thiết bị dùng điện có hiệu quả ($n_{hq}$): $$n_{hq} = \frac{\left(\sum P_{đmi}\right)^2}{\sum \left(P_{đmi}\right)^2}$$ Trường hợp số thiết bị trong nhóm lớn, đồ án áp dụng phương pháp đơn giản hóa dựa trên tỷ lệ $n_1/n$ và $P_1/P$ để tra bảng tìm $n^{hq}$, từ đó suy ra $n{hq} = n^{hq} \times n$. Dựa vào $n{hq}$ và hệ số sử dụng ($K_{sd}$), tác giả xác định $K_{max}$ qua đường cong quan hệ $K_{max} = f(K_{sd}, n_{hq})$ để tính toán $P_{tt} = K_{max} \times K_{sd} \times \sum P_{đm}$.
  • Phương pháp tính toán công suất biểu kiến và dòng điện định mức cho các tủ phân phối: $$S_{tt} = \sqrt{P_{tt}^2 + Q_{tt}^2}$$ $$I_{tt} = \frac{S_{tt}}{\sqrt{3} \times U_{đm}}$$

Tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng

Trong môi trường tính toán tự động hóa của phần mềm Ecodial, các thông số kỹ thuật và quy trình kiểm tra được ràng buộc theo các tiêu chuẩn quốc tế:

  • Tiêu chuẩn thiết kế và lắp đặt điện hạ áp: NFC 15-100, UTE-C 15-500, IEC 364-5-523 (phương pháp lắp đặt cáp).
  • Tiêu chuẩn thiết bị đóng cắt và bảo vệ hạ áp: IEC 947-2 (hay IEC 60947-2).
  • Tiêu chuẩn tính toán kỹ thuật chọn lọc: CENELEC R064-003.

Phương pháp nghiên cứu

Đề tài kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết và phương pháp thiết kế kỹ thuật thực nghiệm trên phần mềm:

  • Thu thập và tổng hợp tài liệu chuyên ngành: Giáo trình Mạng cung cấp điện, tài liệu kỹ thuật của hãng Schneider Electric về phần mềm Ecodial, sổ tay tra cứu máy biến áp và khí cụ điện.
  • Khảo sát thực địa: Thu thập dữ liệu thực tế về mặt bằng xưởng thực hành cơ khí C41, danh mục máy móc gia công, công suất định mức từng động cơ, khoảng cách bố trí thiết bị.
  • Phương pháp tính toán giải tích kết hợp công cụ EDA (Electronic Design Automation): Tính toán lý thuyết sơ bộ, sau đó sử dụng phần mềm Ecodial để dựng sơ đồ đơn tuyến, mô phỏng chế độ xác lập, tính toán dòng ngắn mạch, độ sụt áp và phối hợp đường cong đặc tuyến bảo vệ.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống cung cấp điện phân xưởng cơ khí C41 được thiết kế theo cấu trúc mạng hình tia phân cấp, đảm bảo tính linh hoạt trong vận hành và cô lập sự cố. Sơ đồ cung cấp điện bao gồm trạm biến áp hạ áp, tủ phân phối tổng (TPPT), các tủ động lực nhánh (TĐL) và tủ chiếu sáng (TCS).

Cấu trúc phân phối điện phân xưởng

  • Cấp điện áp định mức: Lưới 3 pha 4 dây, điện áp dây $380\text{ V}$, điện áp pha $220\text{ V}$, tần số $50\text{ Hz}$.
  • Sơ đồ nối đất hạ áp: Áp dụng hệ thống nối đất kiểu TNS (dây trung tính N và dây bảo vệ PE tách biệt hoàn toàn từ nguồn).
  • Nguồn cấp: Máy biến áp phân phối hạ áp 3 pha THIBIDI công suất định mức $120\text{ kVA}$.
  • Phân nhóm phụ tải động lực: Các thiết bị gia công cơ khí trong xưởng C41 được phân chia thành 3 nhóm phụ tải độc lập (N1, N2, N3) cấp nguồn từ 3 tủ động lực tương ứng, nhằm cân bằng pha và giảm thiểu tổn thất điện áp trên các đường cáp nhánh.
  • Phụ tải chiếu sáng: Tách thành lộ cấp nguồn riêng biệt từ tủ phân phối tổng đến tủ chiếu sáng phân xưởng.

Công nghệ tính toán và mô phỏng trên Ecodial

Quy trình thiết kế trên phần mềm Ecodial được triển khai qua các bước:

  1. Thiết lập thông số chung (General Characteristics): Nhập điện áp danh định $380\text{ V}$, sơ đồ tiếp địa TNS, chọn tiêu chuẩn tính toán IEC 947-2, hệ số công suất trung bình $\cos\varphi = 0{,}8$, tiết diện dây dẫn tối đa $300\text{ mm}^2$, quy định không bắt buộc tiết diện dây trung tính phải bằng dây pha, sai số cho phép khi chọn cáp từ 0% đến 5%.
  2. Xây dựng sơ đồ đơn tuyến: Sử dụng các thư viện phần tử đồ họa của Ecodial bao gồm Thư viện nguồn (Sources Library), Thư viện thanh cái (Busbars Library), Thư viện lộ ra (Outgoing Circuits Library) và Thư viện tải (Loads Library).
  3. Nhập thông số phụ tải: Nhập công suất định mức, chiều dài cáp, phương pháp lắp đặt cáp theo IEC 364-5-523, vật liệu ruột dẫn (đồng), lớp cách điện (PVC hoặc XLPE) cho từng nhánh tải động cơ, phụ tải xưởng và đèn chiếu sáng.
  4. Tính toán tổng công suất nguồn (Power Sum Calculation): Khởi chạy chức năng tổng hợp công suất trên Ecodial để xác định phụ tải biểu kiến tổng của toàn mạng điện, dựa trên các hệ số đồng thời ($K_s$) và hệ số sử dụng ($K_u$).
  5. Tính toán lưới điện và kiểm tra thiết bị: Áp dụng hai chế độ tính toán của phần mềm:
    • Chế độ Pre-sizing: Ước tính nhanh kích thước tiết diện dây dẫn, dòng làm việc cực đại và công suất MBA.
    • Chế độ Calculate: Tính toán chi tiết từng bước các giá trị dòng ngắn mạch cực đại ($I_{k1max}, I_{k2max}, I_{k3max}, I_{scmax}$), dòng ngắn mạch cực tiểu ($I_{k1min}, I_{scmin}$), điện trở và điện kháng pha - trung tính ($R_{boN}, X_{boN}$), dòng sự cố chạm vỏ ($I_{fault}$), và độ sụt áp cực đại cho phép ($\Delta U_{max}$).
  6. Phối hợp đặc tuyến bảo vệ (Curve Comparison): Sử dụng công cụ so sánh đặc tuyến dòng - thời gian ($I-t$) giữa aptomat (CB/MCCB) tổng phía nguồn và các thiết bị bảo vệ nhánh (CB động cơ, cầu chì chiếu sáng). Thực hiện tinh chỉnh dòng tác động nhiệt ($I_r$), thời gian trễ ($t_r$), dòng tác động từ ($I_m$) để đảm bảo tính chọn lọc toàn phần khi xảy ra quá tải hoặc sự cố ngắn mạch.

Nội dung chính theo từng chương

Bố cục đồ án gồm 5 chương chuyên môn với các nội dung chi tiết được ghi nhận trong văn bản:

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 giới thiệu khái quát về Xưởng thực hành cơ khí C41 Trường Đại học Trà Vinh. Tác giả phân tích tính chất đặc thù của phụ tải phân xưởng cơ khí với sự vận hành của nhiều máy công cụ có công suất khác nhau và nhu cầu phụ tải biến đổi theo ca thực hành. Trên cơ sở đó, chương trình bày các vấn đề kỹ thuật cần giải quyết gồm tính toán phụ tải điện, thiết kế mạng dây dẫn - tủ điện - chống sét - tiếp địa, và lựa chọn nguồn cấp điện ổn định. Tác giả xác lập mục tiêu nghiên cứu là ứng dụng phần mềm Ecodial INT_V4.99 để mô phỏng hệ thống điện phân xưởng, xác định phạm vi nghiên cứu tại xưởng C41 và nêu bật ý nghĩa thực tiễn của đề tài trong việc tiếp cận các công cụ tính toán tự động hóa mạng điện hạ áp.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 trình bày có hệ thống các khái niệm cơ bản về hệ thống điện, bao gồm định nghĩa hệ thống điện, các tiêu chí phân loại nguồn điện và hộ tiêu thụ, các chế độ làm việc xác lập (bình thường, sau sự cố) và chế độ quá độ. Tác giả phân tích định nghĩa và phân loại mạng điện theo cấp điện áp, cấu trúc hình học (mạng hở, mạng kín), công dụng truyền tải/phân phối và chế độ nối đất điểm trung tính. Phần trọng tâm của chương là hệ thống các công thức tính toán phụ tải điện công nghiệp: phương pháp hệ số nhu cầu $K_{nc}$, phương pháp suất phụ tải trên diện tích $P_0$, phương pháp số thiết bị dùng điện có hiệu quả $n_{hq}$ kết hợp đồ thị tra cứu $K_{max}$, phương pháp tính trực tiếp phụ tải theo hệ số sử dụng $K_{sd}$ và hệ số đồng thời $K_{đt}$, các công thức xác định công suất biểu kiến $S_{tt}$ và dòng điện làm việc định mức $I_{tt}$.

Chương 3: Giới thiệu và cách sử dụng phần mềm Ecodial

Chương 3 tập trung thuyết minh về phần mềm thiết kế mạng điện hạ áp Ecodial. Tác giả trình bày các tiêu chuẩn kỹ thuật tích hợp trong phần mềm (NFC 15100, UTE-C 15500, IEC 947-2, CENELEC R064-003, dải điện áp $220 - 690\text{ V}$, tần số $50 - 60\text{ Hz}$, các sơ đồ nối đất IT, TT, TN, TNC, TNS, hỗ trợ tối đa 4 nguồn chính và 4 nguồn dự phòng). Tác giả cũng chỉ rõ các giới hạn của phần mềm Ecodial: không tính toán hệ thống chống sét, không tính toán điện trở nối đất (chỉ chọn sơ đồ tiếp địa) và giới hạn tối đa 75 phần tử trong một dự án.

Chương này mô tả chi tiết thư viện phần tử (nguồn, thanh cái, lộ ra, tải, máy biến áp) và danh mục các thông số đầu vào cho dây cáp, động cơ, đèn chiếu sáng, CB và máy cắt. Quy trình thao tác được hướng dẫn từng bước: khởi động, cài đặt thông số chung mạng điện, vẽ sơ đồ đơn tuyến, nhập thông số phần tử ngược từ tải về nguồn, chạy chức năng tính tổng công suất nguồn Power sum, tính toán mạng điện theo hai chế độ Pre-sizing và Calculate, kiểm tra phối hợp đặc tuyến bảo vệ của CB và cầu chì bằng công cụ Curve Comparison (ví dụ kiểm tra chỉnh định dòng cắt $I_r = 380\text{ A}$, thời gian cắt $t_r = 120\text{ s}$ cho CB nhánh có dòng định mức $I_N = 400\text{ A}$ với dòng phụ tải $I_b = 379\text{ A}$; kiểm tra bảo vệ đèn chiếu sáng bằng cầu chì $20\text{ A}$ với dòng tải $16\text{ A}$).

Hạng mục thông số trong Ecodial Giá trị / Tiêu chuẩn kỹ thuật quy định
Mức điện áp định mức $220\text{ V} - 690\text{ V}$
Tần số định mức $50\text{ Hz} - 60\text{ Hz}$
Sơ đồ hệ thống nối đất hỗ trợ IT, TT, TN, TNC, TNS
Cấu hình nguồn tối đa 4 nguồn chính và 4 nguồn dự phòng
Tiêu chuẩn tính toán áp dụng NFC 15100, UTE-C 15500, IEC 947-2, CENELEC R064-003
Tiết diện dây dẫn tiêu chuẩn 95, 120, 150, 185, 240, 300, 400, 500, $630\text{ mm}^2$
Sai số chọn tiết diện dây $0% - 5%$
Giới hạn quy mô mạch điện Tối đa 75 phần tử trong một bài tập/dự án

Chương 4: Ứng dụng phần mềm Ecodial thiết kế cấp điện cho phân xưởng cơ khí

Chương 4 là nội dung ứng dụng thực tế của đồ án. Tác giả phân tích mặt bằng và đặc điểm phụ tải của Xưởng thực hành cơ khí C41, thực hiện phân nhóm toàn bộ máy móc gia công kim loại trong xưởng thành 3 nhóm phụ tải động lực (N1, N2, N3). Trên cơ sở đó, đồ án tính toán phụ tải động lực từng nhóm, tính toán phụ tải chiếu sáng phân xưởng và tổng hợp phụ tải tính toán toàn bộ xưởng C41.

Từ kết quả công suất tính toán, tác giả lựa chọn máy biến áp phân phối 3 pha THIBIDI công suất định mức $120\text{ kVA}$. Tiếp theo, chương trình bày phương án vạch tuyến đi dây trong xưởng, tính toán lựa chọn và kiểm tra tiết diện cáp dẫn điện cho các đoạn tuyến chính: từ trạm biến áp đến tủ phân phối tổng (TPP), từ TPP đến các tủ động lực nhánh (TĐL N1, TĐL N2, TĐL N3) và từ TPP đến tủ chiếu sáng (TCS). Cuối cùng, tác giả thiết lập sơ đồ mô phỏng chi tiết trên phần mềm Ecodial cho từng nhóm thiết bị để kiểm tra khả năng mang tải, sụt áp và bảo vệ ngắn mạch.

Chương 5: Kết luận đề tài và hướng phát triển

Chương 5 tổng kết lại toàn bộ các công việc đã thực hiện trong đồ án: hoàn thành tính toán phụ tải phân xưởng cơ khí, lựa chọn máy biến áp và dây dẫn hợp lý, làm chủ quy trình mô phỏng và kiểm tra phối hợp bảo vệ trên phần mềm Ecodial. Đồng thời, tác giả thẳng thắn chỉ ra những hạn chế của đề tài và đề xuất các kiến nghị nhằm mở rộng phạm vi nghiên cứu trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã đạt được các kết quả kỹ thuật cụ thể dựa trên việc kết hợp giữa tính toán giải tích và công cụ mô phỏng Ecodial:

  • Hoàn thành phân nhóm phụ tải cơ khí: Toàn bộ thiết bị máy công cụ tại xưởng thực hành cơ khí C41 được phân chia khoa học thành 3 nhóm phụ tải động lực (N1, N2, N3) và 1 hệ thống chiếu sáng phân xưởng, giúp tối ưu hóa sơ đồ đi dây và phân bổ công suất đồng đều trên 3 pha.
  • Lựa chọn máy biến áp cấp nguồn: Căn cứ vào tổng phụ tải tính toán của phân xưởng, tác giả đã tính chọn và kiểm tra máy biến áp hạ áp 3 pha của hãng sản xuất THIBIDI với công suất định mức $120\text{ kVA}$, đảm bảo đáp ứng đầy đủ nhu cầu phụ tải của xưởng C41 kể cả trong trường hợp các nhóm máy vận hành đồng thời ở công suất cực đại.
  • Xác định và kiểm tra tiết diện cáp hạ áp: Đồ án hoàn thành bảng tính chọn tiết diện dây dẫn và cáp phân phối bằng đồng bọc cách điện PVC/XLPE theo tiêu chuẩn IEC 364-5-523 cho các tuyến cáp trọng yếu:
    • Tuyến cáp chính từ trạm biến áp (TBA) về tủ phân phối tổng (TPP).
    • Các tuyến cáp phân phối từ tủ phân phối tổng (TPP) đến các tủ động lực nhóm N1, N2, N3.
    • Tuyến cáp cấp nguồn từ tủ phân phối tổng (TPP) đến tủ chiếu sáng (TCS).
  • Mô phỏng và phối hợp bảo vệ trên Ecodial: Xây dựng thành công mô hình mạng điện đơn tuyến của phân xưởng trên Ecodial INT_V4.99; kiểm tra dòng ngắn mạch 3 pha, 2 pha, 1 pha và sụt áp $\Delta U$ trên từng phân đoạn cáp. Đồ án kiểm chứng tính chọn lọc của thiết bị bảo vệ thông qua công cụ Curve Comparison:
    • Thiết bị đóng cắt nguồn: Đặt dòng cắt $I_r = 380\text{ A}$, thời gian cắt $t_r = 120\text{ s}$ cho CB có dòng định mức $I_N = 400\text{ A}$ bảo vệ nhánh có dòng làm việc $I_b = 379\text{ A}$.
    • Thiết bị bảo vệ chiếu sáng: Kiểm tra phối hợp đặc tuyến cho mạch đèn với cầu chì định mức $20\text{ A}$, tương ứng dòng làm việc tính toán qua đèn là $16\text{ A}$.

Đóng góp của đồ án thể hiện ở việc cụ thể hóa phương pháp ứng dụng phần mềm tự động hóa thiết kế điện (EDA) vào bài toán cấp điện xưởng cơ khí thực tế tại địa phương (Trường Đại học Trà Vinh). Thay vì chỉ dừng lại ở các bước tính toán thủ công trên lý thuyết, đồ án đã chuẩn hóa quy trình thiết kế kỹ thuật từ khâu phân nhóm phụ tải, tính công suất, tra bảng tiết diện dây cho đến khâu mô phỏng, kiểm tra chọn lọc khí cụ đóng cắt bảo vệ bằng công cụ chuyên dụng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Căn cứ vào nội dung thuyết minh và các hạn chế kỹ thuật được tác giả chỉ ra trong đồ án:

  • Giới hạn của công cụ phần mềm: Phần mềm Ecodial giới hạn quy mô mạch điện không vượt quá 75 phần tử cho một dự án, do đó việc mô phỏng toàn diện các nhánh rẽ chi tiết đến từng ổ cắm hoặc thiết bị phụ trợ đơn lẻ gặp khó khăn. Ngoài ra, phần mềm không hỗ trợ tính toán thiết kế hệ thống chống sét trực tiếp và không tính toán trị số điện trở nối đất an toàn mà chỉ cung cấp các tùy chọn sơ đồ nối đất (TNS, TNC, TT, IT) để tính toán thông số bảo vệ mạch.
  • Giới hạn về phạm vi tính toán thực tế: Đồ án tập trung vào tính toán chế độ xác lập và bảo vệ ngắn mạch, chưa đi sâu phân tích chế độ làm việc của máy phát điện dự phòng khi mất nguồn lưới và chưa đánh giá chi tiết ảnh hưởng của sóng hài sinh ra từ các thiết bị điện tử công suất, máy biến tần hoặc máy hàn trong xưởng cơ khí.

Về hướng phát triển, tác giả đề xuất:

  • Mở rộng tính toán hoàn chỉnh hệ thống chống sét đánh thẳng, chống sét lan truyền và mạng tiếp địa an toàn cho toàn bộ công trình xưởng thực hành cơ khí C41 bằng các phương pháp chuyên sâu.
  • Bổ sung nguồn máy phát điện dự phòng và thiết kế bộ chuyển đổi nguồn tự động (ATS) nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện khi lưới điện khu vực gặp sự cố.
  • Ứng dụng các phiên bản phần mềm mô phỏng tiên tiến hơn hoặc kết hợp nhiều công cụ kỹ thuật để mở rộng bài toán cấp điện cho toàn bộ các xưởng thực hành khác trong khuôn viên Trường Đại học Trà Vinh.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án mang lại giá trị tham khảo kỹ thuật thiết thực cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Điện, Công nghệ Kỹ thuật Điện – Điện tử, Hệ thống điện trong quá trình thực hiện đồ án môn học Mạng cung cấp điện, đồ án Thiết kế cung cấp điện công nghiệp hoặc khóa luận tốt nghiệp.
  • Cán bộ kỹ thuật và sinh viên cần tài liệu hướng dẫn từng bước sử dụng phần mềm Schneider Ecodial: Từ thiết lập đặc tính chung hệ thống, cách chọn tải và nguồn từ thư viện, sử dụng chức năng Power Sum, chạy Pre-sizing đến phương pháp đọc và hiệu chỉnh đường cong đặc tuyến thời gian - dòng điện trên công cụ Curve Comparison để đảm bảo tính chọn lọc của CB.
  • Phần đáng tham khảo nhất trong đồ án là phương pháp phân nhóm phụ tải cơ khí trong Chương 4 kết hợp với bảng thông số chọn dây dẫn, máy biến áp THIBIDI 120 kVA và quy trình phối hợp bảo vệ thiết bị đóng cắt được trình bày tường minh ở Chương 3.

Câu hỏi thường gặp

1. Phân xưởng cơ khí được thiết kế trong đồ án có vị trí thực tế ở đâu và phụ tải được tổ chức như thế nào?

Hệ thống điện được thiết kế phục vụ cho Xưởng thực hành cơ khí C41, tọa lạc tại Khu I, Trường Đại học Trà Vinh. Toàn bộ máy móc, thiết bị gia công cơ khí trong xưởng được phân chia thành 3 nhóm phụ tải động lực chính (ký hiệu N1, N2, N3) được cấp điện từ 3 tủ động lực riêng biệt, cùng với 1 hệ thống chiếu sáng độc lập lấy nguồn từ tủ phân phối tổng (TPP).

2. Phần mềm Ecodial áp dụng trong đồ án tuân theo các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế nào và có giới hạn gì?

Phần mềm Ecodial được cấu hình tính toán theo các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế gồm: NFC 15100, UTE-C 15500, IEC 947-2 (IEC 60947-2) và CENELEC R064-003. Phần mềm hoạt động trong dải điện áp $220 - 690\text{ V}$, tần số $50 - 60\text{ Hz}$. Hạn chế của phần mềm được tác giả nêu rõ: Giới hạn tối đa 75 phần tử trong một dự án, không hỗ trợ tính toán chống sét và không tính toán điện trở bãi tiếp địa mà chỉ dùng sơ đồ nối đất để tính toán thiết bị bảo vệ.

3. Đồ án lựa chọn máy biến áp công suất bao nhiêu và thuộc nhà sản xuất nào?

Dựa trên kết quả tính toán tổng phụ tải của xưởng cơ khí C41, tác giả đã lựa chọn trạm biến áp sử dụng máy biến áp hạ áp 3 pha của hãng sản xuất THIBIDI với công suất định mức là $120\text{ kVA}$.

4. Quy trình kiểm tra tính chọn lọc của thiết bị bảo vệ trên Ecodial được thực hiện như thế nào?

Tác giả sử dụng công cụ so sánh đặc tuyến (Curve Comparison / phím F6) trên Ecodial để hiển thị đồng thời đường cong bảo vệ dòng - thời gian của CB nguồn và CB nhánh. Cụ thể, tại nhánh phân xưởng có dòng tải tính toán $I_b = 379\text{ A}$, tác giả tinh chỉnh dòng cắt nhiệt $I_r = 380\text{ A}$, thời gian tác động $t_r = 120\text{ s}$ trên CB định mức $400\text{ A}$ để đảm bảo CB nhánh ngắt sự cố trước mà không làm nhảy CB nguồn. Đối với mạch đèn chiếu sáng có dòng tải $16\text{ A}$, tác giả phối hợp kiểm tra đường đặc tuyến của cầu chì định mức $20\text{ A}$.

5. Tại sao đồ án không thực hiện tính toán nối đất và chống sét trực tiếp trên phần mềm Ecodial?

Theo thuyết minh Chương 3 của đồ án, phần mềm Ecodial không có module chức năng phục vụ tính toán điện trở nối đất và tính toán bán kính bảo vệ chống sét. Phần mềm chỉ cho phép người thiết kế khai báo sơ đồ tiếp địa (như TNS, TT, IT) để từ đó tự động tính toán dòng điện sự cố chạm đất ($I_{fault}$), dòng ngắn mạch và lựa chọn thông số tác động bảo vệ cho thiết bị đóng cắt.

Kết luận

Đồ án môn học "Ứng dụng phần mềm Ecodial thiết kế cấp điện cho phân xưởng cơ khí" của tác giả Lý Trung Tín đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế mạng cung cấp điện hạ áp cho Xưởng thực hành cơ khí C41 thuộc Trường Đại học Trà Vinh. Bằng việc kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết tính toán phụ tải công nghiệp với công cụ mô phỏng chuyên dụng Ecodial, tác giả đã phân nhóm phụ tải khoa học, lựa chọn máy biến áp THIBIDI $120\text{ kVA}$ và hệ thống cáp điện phù hợp theo tiêu chuẩn IEC 364-5-523, đồng thời kiểm tra chính xác tính chọn lọc bảo vệ của các thiết bị đóng cắt theo tiêu chuẩn IEC 947-2. Công trình là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và thực tiễn cao cho sinh viên ngành Điện – Điện tử trong việc ứng dụng công nghệ EDA vào thiết kế hệ thống điện phân xưởng.