Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Điện năng giữ vai trò then chốt trong phát triển kinh tế quốc dân và xây dựng cơ sở hạ tầng. Khi triển khai các công trình thương mại, dịch vụ kỹ thuật và công nghiệp, việc thiết kế một hệ thống cung cấp điện an toàn, liên tục và kinh tế là điều kiện tiên quyết phục vụ hoạt động sản xuất, kinh doanh và vận hành thiết bị. Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế cung cấp điện cho Đại lý ô tô Honda Thủy Nguyên - Hải Phòng" do sinh viên Quách Hoài Sơn thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Văn Dương tại Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng (năm 2022) nhằm giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật thực tế cho một đại lý ô tô kết hợp xưởng bảo dưỡng, sửa chữa cơ giới.

Mục tiêu cốt lõi của đồ án là xây dựng giải pháp cung cấp điện toàn diện cho công trình, đảm bảo đáp ứng ba tiêu chuẩn vận hành cơ bản:

  1. Độ tin cậy cấp điện: Xác định mức độ liên tục cấp điện dựa trên đặc tính phụ tải, bố trí nguồn điện lưới kết hợp máy phát điện dự phòng nhằm cấp điện liên tục cho các phụ tải quan trọng khi xảy ra sự cố mất điện lưới.
  2. Chất lượng điện năng: Duy trì hai chỉ số kỹ thuật chính là tần số (50 Hz) và điện áp (trung thế 22 kV, hạ thế 380/220 V) trong giới hạn cho phép.
  3. Tính an toàn và kinh tế: Bảo đảm an toàn tuyệt đối cho người vận hành, người sử dụng và thiết bị điện; tối ưu hóa bài toán kinh tế thông qua việc cân đối giữa vốn đầu tư xây dựng ban đầu và chi phí tổn thất vận hành.

Nhiệm vụ nghiên cứu và tính toán cụ thể của đề tài bao gồm:

  1. Thu thập số liệu mặt bằng kiến trúc, phân loại phụ tải điện và thống kê thiết bị tiêu thụ điện của công trình.
  2. Tổng hợp cơ sở lý thuyết về các phương pháp tính toán phụ tải điện và kỹ thuật tính toán chiếu sáng.
  3. Xác định phụ tải tính toán chi tiết cho từng tầng (tầng 1, tầng lửng, tầng 2, tầng 3) và các hệ thống phụ trợ ngoại vi.
  4. Lựa chọn phương án cung cấp điện tổng thể, xác định vị trí, số lượng và dung lượng trạm biến áp, chọn máy phát điện dự phòng.
  5. Tính toán, lựa chọn khí cụ điện và thiết bị bảo vệ phía cao áp 22 kV.
  6. Lựa chọn máy cắt hạ áp tổng, hệ thống thanh cái và dây dẫn từ trạm biến áp đến các tủ phân phối hạ áp.
  7. Lập phương án thiết kế bảo vệ chống sét lan truyền và tính toán nối đất an toàn cho toàn bộ công trình.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống cung cấp điện động lực, hệ thống chiếu sáng, trạm biến áp phân phối, thiết bị đóng cắt bảo vệ và hệ thống tiếp địa chống sét.
  • Phạm vi không gian: Công trình Đại lý ô tô Honda Thủy Nguyên tại huyện Thủy Nguyên, thành phố Hải Phòng; chủ đầu tư là Công ty Cổ phần Ô tô xe máy Hồng Phát; quy mô công trình gồm 3 tầng nổi và 1 tầng lửng, tổng diện tích sàn xây dựng là 2000 m2.
  • Phạm vi thời gian: Đề tài hoàn thành và bảo vệ trong năm 2022.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án ứng dụng hệ thống cơ sở lý thuyết chuyên ngành kỹ thuật điện, các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia và hướng dẫn thiết kế công nghiệp quốc tế để giải quyết các bước tính toán thiết kế.

Khung lý thuyết và tiêu chuẩn áp dụng:

  • Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7114-2008 về độ rọi chiếu sáng nơi làm việc trong nhà, quy định mức độ rọi tối thiểu áp dụng cho từng khu vực chức năng: khu vực vệ sinh (100 lux), khu trưng bày xe (300 lux), phòng kho (300 lux), phòng sơn sấy (300 lux), phòng sơn nhanh (300 lux).
  • Hướng dẫn thiết kế cung cấp điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC và tài liệu kỹ thuật của Schneider Electric: Sử dụng Bảng B17 và B36 để xác định hệ số đồng thời (Ks) và hệ số sử dụng cực đại (Ku). Cụ thể, tác giả áp dụng Ku = 1 cho mạng chiếu sáng, động cơ và ổ cắm; Ks = 1 cho từng mạch chiếu sáng và động cơ; Ks = 0,5 - 0,8 cho mạch ổ cắm.
  • Lý thuyết xác định phụ tải tính toán qua 4 phương pháp:
    • Xác định theo công suất đặt và hệ số nhu cầu: $P_{tt} = k_{nc} \cdot \sum_{i=1}^n P_{đmi}$; $S_{tt} = \frac{P_{tt}}{\cos\varphi}$.
    • Xác định theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất: $P_{tt} = p_0 \cdot f$.
    • Xác định theo suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị sản phẩm: $P_{tt} = \frac{M \cdot W_0}{T_{max}}$.
    • Xác định theo hệ số cực đại $k_{max}$ và công suất trung bình $P_{tb}$ (phương pháp số thiết bị hiệu quả $n_{hq}$).
  • Phương pháp tính toán chiếu sáng theo hệ số sử dụng quang thông ($U$):
    • Xác định chỉ số địa điểm phòng: $K = \frac{a \cdot b}{h_{tt}(a + b)}$, trong đó $a, b$ là chiều dài, chiều rộng phòng; $h_{tt}$ là chiều cao treo đèn tính toán so với bề mặt làm việc ($h_{tt} = H - h' - 0,8$ m).
    • Xác định quang thông tổng yêu cầu: $\Phi_{tổng} = \frac{E_{tc} \cdot S \cdot d}{U}$, với $E_{tc}$ là độ rọi tiêu chuẩn, $S$ là diện tích, $d$ là hệ số bù dự trữ ($d = 1,3$).
    • Xác định số bộ đèn: $N_{bộ đèn} = \frac{\Phi_{tổng}}{\Phi_{bộ}}$.
    • Kiểm tra sai số quang thông cho phép trong khoảng từ -10% đến +20%: $\Delta\Phi% = \frac{N_{bộ đèn} \cdot \Phi_{bộ} - \Phi_{tổng}}{\Phi_{tổng}} \cdot 100%$.

Phương pháp nghiên cứu và tính toán thực tế:

  • Phương pháp tổng hợp và phân nhóm phụ tải: Phân chia phụ tải toàn công trình theo từng tầng và theo chức năng (tải công nghệ xưởng sửa chữa, tải điều hòa trung tâm Chiller, tải phòng cháy chữa cháy, tải chiếu sáng và ổ cắm sinh hoạt).
  • Phương pháp chọn thiết bị điện cao áp (22 kV) và hạ áp (0,4 kV): Lựa chọn theo các điều kiện định mức về điện áp ($U_{đm} \ge U_{mạng}$), dòng điện làm việc cực đại ($I_{đm} \ge I_{lvmax}$), khả năng cắt ngắn mạch ($I_{N} \ge I_{k}$), đồng thời kiểm tra ổn định động ($I_{đ.đm} \ge I_{xk}$) và ổn định nhiệt.
  • Phương pháp chọn tiết diện dây dẫn và thanh cái: Tính toán theo mật độ dòng điện cho phép ($J = 6\text{ A/mm}^2$ đối với dây dẫn và thanh cái đồng), sau đó kiểm tra theo điều kiện phát nóng liên tục cho phép ($I_{cp} \ge I_{lvmax}$).

Nguồn dữ liệu phục vụ nghiên cứu:

  • Mặt bằng kiến trúc, kích thước hình học các phòng và danh mục thiết bị công nghệ lắp đặt tại Đại lý ô tô Honda Thủy Nguyên.
  • Bảng tra thông số kỹ thuật thiết bị điện từ catalogue của các nhà sản xuất: máy biến áp THIBIDI, máy phát điện Mitsubishi, khí cụ đóng cắt cao áp Siemens, máy cắt hạ áp ACB Mitsubishi, cáp lực Furukawa, chống sét van Cooper (Mỹ).
  • Sổ tay tra cứu hệ thống cung cấp điện công nghiệp.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Giới thiệu tổng quan về Đại lý ô tô Honda Thủy Nguyên - Hải Phòng

Chương I mô tả khái quát đặc điểm công trình và xác định các yêu cầu kỹ thuật cấp điện:

  • Quy mô công trình: Tọa lạc tại huyện Thủy Nguyên, TP. Hải Phòng, do Công ty Cổ phần Ô tô xe máy Hồng Phát làm chủ đầu tư. Tổng diện tích sàn xây dựng là 2000 m2, quy mô gồm 3 tầng nổi.
  • Mặt bằng công năng: Tầng 1 bố trí xưởng dịch vụ sửa chữa nhanh, tiếp nhận xe, bệ thử phanh, phòng kho, toilet và phòng khách VIP; tầng lửng bố trí khu vực văn phòng và làm việc; tầng 2 bố trí khu vực đồng sơn, buồng sơn sấy, sơn nhanh, nắn khung xe; tầng 3 bố trí các phòng chức năng văn phòng và kho phụ trợ.
  • Yêu cầu kỹ thuật hệ thống điện: Xác định tính chất phụ tải thuộc nhóm ưu tiên, đòi hỏi nguồn dự phòng tự động chuyển đổi khi mất điện lưới; quy định rõ các chỉ tiêu an toàn điện, an toàn cơ học, tối ưu hóa diện tích đặt trạm và tuyến cáp ngầm.

Chương II: Xác định phụ tải tính toán Đại lý ô tô Honda Thủy Nguyên - Hải Phòng

Chương II tập trung trình bày lý thuyết tính toán phụ tải, phương pháp chiếu sáng và tính toán chi tiết công suất phụ tải cho từng khu vực:

  • Phương pháp tính chiếu sáng phòng kho minh họa: Chiều dài $a = 5$ m, chiều rộng $b = 4$ m, chiều cao $H = 3,5$ m, diện tích $S = 20\text{ m}^2$. Trần trắng ($\rho_{tr} = 0,7$), sàn xanh đậm ($\rho_{s} = 0,3$). Hệ số bù $d = 1,3$. Chỉ số địa điểm $K = 0,74$, tra được hệ số sử dụng $U = 0,4$. Độ rọi tiêu chuẩn $E_{tc} = 100$ lux. Tính được quang thông tổng $\Phi_{tổng} = 6500$ lm. Sử dụng đèn chùm treo trần ánh sáng trắng $10 \times 2$ W (quang thông 3600 lm), số bộ đèn tính toán là 1,8; chọn 2 bộ đèn. Sai số quang thông đạt $10,76%$ (nằm trong giới hạn $-10%$ đến $+20%$). Độ rọi trung bình thực tế sau 1 năm đạt 110 lux.
  • Tính toán chiếu sáng các khu vực khác: Phòng toilet ($S = 14\text{ m}^2$) sử dụng 3 bộ Downlight D9 (9 W, 1600 lm); phòng khách VIP ($S = 26\text{ m}^2$) sử dụng 1 bộ đèn chùm ($2 \times 18$ W, 3600 lm); khu trưng bày xe ($S = 12\text{ m}^2$) sử dụng 3 bộ Downlight D9 (9 W, 1600 lm).
  • Thống kê phụ tải động lực và chiếu sáng từng tầng:
    • Tầng 1: 7 cầu nâng cắt kéo ($7 \times 3000$ W), 1 máy nén khí ($22000$ W), 2 cầu nâng 2 trụ ($2 \times 3000$ W), 1 bệ thử phanh ($5500$ W), 132 đèn tuýp ($132 \times 25$ W), 148 đèn 9 W ($148 \times 9$ W), 46 ổ cắm ($46 \times 300$ W). Tổng công suất phụ tải tầng 1 là 72.932 W.
    • Tầng lửng: 30 đèn tấm ($30 \times 40$ W), 200 đèn 9 W ($200 \times 9$ W), 7 đèn tuýp ($7 \times 25$ W), 78 ổ cắm ($78 \times 300$ W). Tổng công suất phụ tải tầng lửng là 26.575 W.
    • Tầng 2: 2 bộ nắn khung ($2 \times 3000$ W), 1 máy hàn MIG ($7500$ W), 6 cầu nâng 2 trụ ($6 \times 3000$ W), 2 phòng sơn sấy ($2 \times 20000$ W), 1 phòng sơn nhanh ($15000$ W), 140 đèn tuýp ($140 \times 25$ W), 46 ổ cắm ($46 \times 300$ W), 1 hệ thống hút bụi trung tâm ($7500$ W). Tổng công suất phụ tải tầng 2 là 111.300 W.
    • Tầng 3: 140 đèn tuýp ($140 \times 25$ W), 15 ổ cắm ($15 \times 300$ W). Tổng công suất phụ tải tầng 3 là 8.000 W.
    • Hệ thống phụ tải khác: 1 máy lạnh Chiller 150RT ($89.000$ W, $K_u = 1$, $K_s = 0,8 \rightarrow P_{tt} = 71.200$ W), 2 bơm phòng cháy chữa cháy ($2 \times 11.000$ W, gồm 1 chạy 1 dự phòng, $P_{tt} = 17.600$ W), 1 quạt thông gió mái ($23.500$ W, $P_{tt} = 18.800$ W), hệ thống chiếu sáng ngoài nhà ($15.000$ W, $P_{tt} = 12.000$ W). Tổng phụ tải phụ trợ là 119.600 W.
Phân khu phụ tải Công suất tính toán $P_{tt}$ (W) Tỷ trọng trong tổng tải (%)
Phụ tải Tầng 1 72.932 21,55%
Phụ tải Tầng lửng 26.575 7,85%
Phụ tải Tầng 2 111.300 32,89%
Phụ tải Tầng 3 8.000 2,36%
Phụ tải phụ trợ (Chiller, PCCC, thông gió, chiếu sáng ngoài) 119.600 35,34%
Tổng cộng toàn công trình 338.407 100,00%
  • Tổng hợp phụ tải toàn công trình:
    • Tổng công suất tác dụng: $\sum P_{tt} = 338.407\text{ W} = 338,407\text{ kW}$.
    • Hệ số công suất lựa chọn: $\cos\varphi = 0,8$ ($\tan\varphi = 0,75$).
    • Tổng công suất phản kháng: $\sum Q_{tt} = P_{tt} \cdot \tan\varphi = 338,407 \cdot 0,75 = 253,805\text{ kVAr}$.
    • Tổng công suất toàn phần biểu kiến: $\sum S_{tt} = \frac{P_{tt}}{\cos\varphi} = \frac{338,407}{0,8} = 423,008\text{ kVA}$.

Chương III: Phương án cung cấp điện cho Đại lý ô tô Honda Thủy Nguyên - Hải Phòng

Chương III trình bày giải pháp kỹ thuật cấp điện từ lưới điện thành phố, tính chọn thiết bị trạm biến áp, nguồn phát dự phòng, thiết bị cao áp và hệ thống phân phối hạ áp:

  • Phương án cấp điện: Nguồn điện nhận từ đường dây trung thế 22 kV của lưới điện thành phố cấp vào trạm biến áp hạ áp 22/0,4 kV đặt ngoài trời. Điện áp thứ cấp 380/220 V đưa vào tủ phân phối tổng (MBS), từ đó phân phối qua các tủ trung gian cấp cho từng tầng và hệ thống Chiller, bơm chữa cháy.
  • Lựa chọn máy biến áp: So sánh các phương án lắp đặt 1 MBA, 2 MBA và 3 MBA; tác giả lựa chọn phương án 1 máy biến áp ngoài trời nhằm tiết kiệm vốn đầu tư. Với điều kiện $S_{MBA} \ge S_{tt} = 423,008\text{ kVA}$, chọn 1 máy biến áp 3 pha ngâm dầu công suất 700 kVA của hãng THIBIDI.
  • Chọn nguồn dự phòng: Bố trí 1 tổ máy phát điện diesel dự phòng của hãng Mitsubishi (Nhật Bản) nhằm cấp điện cho phụ tải khi mất điện lưới. Thông số định mức máy phát: công suất 700 kVA, điện áp 380 V, tần số 50 Hz, 3 pha, suất tiêu hao nhiên liệu khi mang tải là 336 lít/giờ, tốc độ quay 1500 vòng/phút.
  • Lựa chọn thiết bị phía cao áp 22 kV:
    • Cáp ngầm cao áp: Cáp đồng 3 lõi 24 kV cách điện XLPE, giáp đai thép, vỏ bọc PVC do hãng Furukawa sản xuất, tiết diện ruột dẫn $35\text{ mm}^2$.
    • Dao cách ly 22 kV: Chọn dao cách ly 3DC của hãng Siemens, thông số $U_{lvmax} = 24\text{ kV}$, $I_{đm} = 2000\text{ A}$, dòng cắt định mức $I_{Nmax} = 40\text{ kA}$, dòng ổn định nhiệt $I_{Nt} = 16\text{ kA}$.
    • Cầu chì cao áp 22 kV: Dòng làm việc cực đại tính toán $I_{lvmax} = \frac{S_{đm}}{\sqrt{3} \cdot U} = \frac{700}{\sqrt{3} \cdot 22} \approx 20\text{ A}$. Chọn cầu chì loại 3GD1413-4B của Siemens có $U_{lvmax} = 24\text{ kV}$, $I_{đm} = 63\text{ A}$, dòng cắt $I_N = 31,5\text{ kA}$, trọng lượng 5,8 kg.
    • Chống sét van: Chọn loại AZLP501B24 của hãng Cooper (Mỹ), điện áp định mức $U_{đm} = 24\text{ kV}$.
    • Thanh cái cao áp 22 kV: Dòng làm việc cực đại 53 A. Chọn thanh cái đồng kích thước $25 \times 3\text{ mm}^2$ (tiết diện $75\text{ mm}^2$), dòng điện cho phép $I_{cp} = 340\text{ A}$.
    • Máy biến điện áp đo lường (BU): Chọn loại HK-220, cấp điện áp $24\text{ kV}$, sơ cấp 22 kV, thứ cấp 380 V, dung lượng định mức 700 kVA, cấp chính xác 0,5.
    • Máy biến dòng điện đo lường (CT): Chọn loại 4MA74 của Siemens, điện áp định mức 24 kV, dòng sơ cấp $I_{1đm} = 70\text{ A}$, dòng thứ cấp $I_{2đm} = 5\text{ A}$, dòng ổn định nhiệt $I_{ođn} = 80\text{ kA}$, dòng ổn định động $I_{ođđ} = 120\text{ kA}$. Dây đo lường nối đồng hồ dùng dây đồng $2,5\text{ mm}^2$.
  • Lựa chọn thiết bị phía hạ áp và tủ phân phối chính (MBS):
    • Máy cắt không khí hạ áp (ACB): Dòng làm việc lớn nhất phía hạ áp $I_{lvmax} = \frac{P_{tt}}{\sqrt{3} \cdot U \cdot \cos\varphi} = 609,8\text{ A}$. Chọn máy cắt ACB loại AE1000-SW của Mitsubishi (Nhật Bản), 4 cực cố định, $I_{đm} = 1000\text{ A}$, dòng cắt ngắn mạch 100 kA.
    • Dây dẫn từ trạm biến áp vào tủ điện chính MBS: Chọn cáp đồng hạ áp ruột đơn cách điện XLPE, vỏ PVC, đai thép bảo vệ (Cu/XLPE/PVC/DSTA/PVC), mỗi pha đi 4 sợi cáp đơn tiết diện $300\text{ mm}^2$ ($I_{cp} = 583\text{ A}$ mỗi sợi); dây trung tính chọn 3 sợi tiết diện $240\text{ mm}^2$. Quy cách toàn bộ tuyến cáp: $12(1 \times 300)\text{ mm}^2 + 3(1 \times 240)\text{ mm}^2$.
    • Biến dòng đo lường hạ áp: Mã hiệu BD34 do Công ty Thiết bị điện chế tạo, điện áp $\le 600\text{ V}$, dòng điện $2000/5\text{ A}$, số vòng sơ cấp 1 vòng, dung lượng 15 VA, cấp chính xác 0,5.
    • Thanh cái hạ thế tủ MBS: Chọn 4 thanh cái đồng kích thước $5 \times 100\text{ mm}^2$, dòng cho phép $I_{cp} = 2000\text{ A}$.
    • Thiết bị đóng cắt và cáp cấp nguồn cho các tầng:
      • Cấp cho Tầng 1: Tổng công suất đặt 192,5 kW. Dòng tính toán 347,3 A. Chọn Aptomat khối BW500RAG-3P ($I_{đm} = 400\text{ A}$, $U_{đm} = 380\text{ V}$, $I_N = 50\text{ kA}$). Tiết diện dây tính theo mật độ dòng điện $J = 6\text{ A/mm}^2$ cho kết quả $S_d = \frac{347,3}{6} = 57\text{ mm}^2$; chọn cáp đồng Cu/XLPE/PVC $(4 \times 75)\text{ mm}^2 + \text{E}$.
      • Cấp cho Tầng lửng: Tổng công suất đặt 26,575 kW. Dòng tính toán $I = 47,9\text{ A}$. Chọn Aptomat BW125RAG-3P ($I_{đm} = 50\text{ A}$, $U_{đm} = 380\text{ V}$, $I_N = 50\text{ kA}$). Tiết diện dây tính toán $S_d = \frac{47,9}{6} = 7,8\text{ mm}^2$; chọn cáp Cu/XLPE/PVC $(4 \times 16)\text{ mm}^2 + \text{E}$.

Chương IV: Thiết kế chống sét cho Đại lý ô tô Honda Thủy Nguyên - Hải Phòng

Theo đề cương và mục lục thiết kế của đồ án, Chương IV giải quyết các nội dung bảo vệ công trình trước các xung sét:

  • Phân tích cơ chế tác động của sét và các giải pháp chống sét lan truyền từ đường dây trên không vào trạm biến áp thông qua khe hở phóng điện, chống sét ống và chống sét van oxit kim loại.
  • Phương pháp xác định phạm vi bảo vệ của kim thu sét Franklin đặt trên đỉnh công trình đại lý xe ô tô.
  • Tính toán hệ thống nối đất an toàn và nối đất chống sét: Kết hợp nối đất tự nhiên và hệ thống nối đất nhân tạo (cọc tiếp địa thép mạ đồng chôn sâu liên kết bằng thanh dẹt), tính toán điện trở nối đất đạt tiêu chuẩn kỹ thuật quy định cho thiết bị điện 1 pha và 3 pha.

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán và thông số kỹ thuật chính được tổng hợp trong bảng sau:

Hạng mục kỹ thuật Giá trị / Thiết bị lựa chọn Ghi chú kỹ thuật
Tổng công suất tính toán tác dụng ($P_{tt}$) 338,407 kW (338.407 W) Bao gồm 4 tầng và phụ tải phụ trợ
Tổng công suất phản kháng tính toán ($Q_{tt}$) 253,805 kVAr Ứng với $\cos\varphi = 0,8$ ($\tan\varphi = 0,75$)
Tổng công suất biểu kiến tính toán ($S_{tt}$) 423,008 kVA Căn cứ định cỡ dung lượng nguồn
Trạm biến áp phân phối 1 MBA 700 kVA THIBIDI (22/0,4 kV) Đặt ngoài trời; $P_0 = 1223$ W, $P_k = 12825$ W, $U_k = 4-6%$
Máy phát điện dự phòng 1 máy 700 kVA Mitsubishi (Nhật Bản) Điện áp 380 V, 3 pha, tiêu hao 336 lít/h tải
Khí cụ đóng cắt cao áp 22 kV DCL 3DC Siemens, cầu chì 3GD1413-4B $I_{đm(DCL)} = 2000$ A, $I_{đm(CC)} = 63$ A
Chống sét van trạm biến áp AZLP501B24 Cooper (Mỹ) $U_{đm} = 24$ kV
Máy cắt hạ áp tổng (MBS) ACB AE1000-SW Mitsubishi 4 cực, $I_{đm} = 1000$ A, $I_{cu} = 100$ kA
Cáp nguồn hạ áp từ TBA vào MBS $12(1 \times 300)\text{ mm}^2 + 3(1 \times 240)\text{ mm}^2$ Cáp đồng Cu/XLPE/PVC/DSTA/PVC đi 4 sợi/pha
Aptomat và cáp cấp nguồn Tầng 1 BW500RAG-3P (400 A) + Cáp $(4 \times 75)\text{ mm}^2$ Phụ tải đặt 192,5 kW
Aptomat và cáp cấp nguồn Tầng lửng BW125RAG-3P (50 A) + Cáp $(4 \times 16)\text{ mm}^2$ Phụ tải đặt 26,575 kW

Giải pháp và kiến nghị tác giả đề xuất:

  • Cấu hình nguồn cấp điện kết hợp giữa trạm biến áp ngoài trời 700 kVA và tổ máy phát diesel dự phòng tương đương 700 kVA. Giải pháp này đảm bảo tính kinh tế nhờ việc sử dụng 1 máy biến áp, đồng thời khắc phục triệt để nhược điểm gián đoạn cấp điện bằng nguồn máy phát tự động khi lưới điện 22 kV gặp sự cố.
  • Ứng dụng giải pháp đi cáp hạ thế đa sợi song song: Đối với dòng phụ tải hạ áp lên tới 609,8 A, việc chia thành 4 sợi cáp đơn tiết diện $300\text{ mm}^2$ cho mỗi pha giúp dây dẫn tản nhiệt tốt, giảm thiểu hiệu ứng bề mặt và thuận tiện trong quá trình thi công kéo rải cáp ngầm từ trạm ngoài trời vào tủ MBS.
  • Lựa chọn giải pháp chiếu sáng kết hợp đèn huỳnh quang và đèn LED Downlight đạt chuẩn độ rọi TCVN 7114-2008, kiểm tra sai số quang thông đạt chuẩn thực tế từ 10% đến 20%.

Đóng góp của đồ án:

  • Đồ án đã hoàn thiện hồ sơ tính toán thiết kế kỹ thuật cung cấp điện hoàn chỉnh cho mô hình đại lý ô tô kết hợp xưởng dịch vụ sửa chữa cơ giới đặc thù. Toàn bộ thông số từ phụ tải công nghệ nặng (buồng sơn sấy 40 kW, Chiller 89 kW, máy nén khí 22 kW, hệ thống nâng hạ) đến các thiết bị đóng cắt, đo lường, bảo vệ và thanh dẫn đều được lựa chọn đồng bộ, có tính khả thi trong lắp đặt thực tế.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

  • Đề tài tập trung chủ yếu vào tính toán phụ tải xác lập, lựa chọn thiết bị đóng cắt và cáp dẫn; chưa thực hiện tính toán chi tiết dòng ngắn mạch đa điểm trên lưới hạ áp để kiểm tra khả năng cắt chọn lọc của các cấp bảo vệ.
  • Chưa đi sâu vào đánh giá bài toán kinh tế kỹ thuật vòng đời công trình (chi phí tổn hao điện năng hàng năm, thời gian thu hồi vốn).
  • Trong văn bản đồ án, các bảng tính toán lựa chọn dây dẫn và thiết bị bảo vệ chi tiết cho Tầng 2 và Tầng 3 mới dừng lại ở bảng phụ tải đặt của tủ động lực, chưa trình bày đầy đủ các bước tính chọn cáp tương tự như Tầng 1 và Tầng lửng.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

  • Tính toán mô phỏng ngắn mạch và kiểm tra sụt áp động học khi khởi động các động cơ công suất lớn (máy nén khí 22 kW, hệ thống Chiller làm lạnh 89 kW).
  • Thiết kế tích hợp hệ thống quản lý năng lượng thông minh (BMS/SCADA) để giám sát và tự động hóa điều khiển phụ tải tại xưởng dịch vụ.
  • Nghiên cứu khả năng đấu nối nguồn năng lượng tái tạo (hệ thống điện mặt trời áp mái) nhằm giảm công suất đỉnh tiêu thụ từ lưới điện trung thế thành phố.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho các đối tượng sau:

  • Sinh viên chuyên ngành Điện tự động công nghiệp, Hệ thống điện, Kỹ thuật điện: Có thể tham khảo làm mẫu cấu trúc đồ án tốt nghiệp, phương pháp thu thập dữ liệu phụ tải và quy trình tính toán thiết kế trạm biến áp, chiếu sáng công nghiệp.
  • Kỹ sư thiết kế cơ điện (M&E): Sử dụng các bảng thông số phụ tải công nghệ thực tế của đại lý dịch vụ ô tô (buồng sơn sấy, cầu nâng, máy nén khí, bệ thử phanh, Chiller) để ứng dụng làm cơ sở thiết kế cho các dự án xưởng cơ giới, garage hoặc đại lý ô tô 3S/4S tương đương.
  • Các phần đáng tham khảo nhất:
    • Bảng thống kê chi tiết phụ tải công nghệ phân theo tầng và hệ thống phụ trợ tại Chương II.
    • Quy trình tính chọn thiết bị bảo vệ cao áp 22 kV (dao cách ly, cầu chì, chống sét van, biến dòng, biến điện áp) tại Chương III.
    • Phương án phân chia cáp hạ áp đa sợi song song và định cỡ thanh cái tủ hạ áp tổng (MBS).

Câu hỏi thường gặp

1. Tổng công suất tính toán tác dụng và biểu kiến của Đại lý ô tô Honda Thủy Nguyên là bao nhiêu? Theo tính toán tại Chương II, tổng công suất tác dụng tính toán của toàn bộ công trình là $P_{tt} = 338.407\text{ W}$ (tương đương $338,407\text{ kW}$). Với hệ số công suất chọn $\cos\varphi = 0,8$ ($\tan\varphi = 0,75$), tổng công suất phản kháng là $Q_{tt} = 253,805\text{ kVAr}$ và tổng công suất toàn phần biểu kiến là $S_{tt} = 423,008\text{ kVA}$.

2. Trạm biến áp được lựa chọn có thông số kỹ thuật như thế nào và vì sao chọn phương án 1 máy biến áp? Tác giả lựa chọn lắp đặt 1 máy biến áp 3 pha của hãng THIBIDI đặt ngoài trời với công suất định mức 700 kVA, cấp điện áp 22/0,4 kV, thỏa mãn điều kiện $S_{MBA} \ge S_{tt}$ ($700\text{ kVA} \ge 423,008\text{ kVA}$). Tổn hao không tải của máy là 1223 W, tổn hao ngắn mạch ở 75°C là 12825 W, điện áp ngắn mạch $U_k% = 4-6%$, trọng lượng 4810 kg. Phương án 1 máy biến áp được chọn nhằm tiết kiệm chi phí đầu tư ban đầu và vận hành đơn giản, trong khi tính liên tục cấp điện được bảo đảm bằng một tổ máy phát điện dự phòng 700 kVA của hãng Mitsubishi.

3. Tuyến cáp hạ thế từ trạm biến áp vào tủ phân phối chính (MBS) được thiết kế theo quy cách nào? Với dòng làm việc cực đại hạ thế $I_{lvmax} = 609,8\text{ A}$, tác giả lựa chọn cáp đồng Cu/XLPE/PVC/DSTA/PVC ruột đơn. Mỗi pha sử dụng 4 sợi cáp đơn tiết diện $300\text{ mm}^2$ đi song song ($I_{cp} = 583\text{ A}$ mỗi sợi); dây trung tính gồm 3 sợi cáp đơn tiết diện $240\text{ mm}^2$. Quy cách tổng thể của tuyến cáp là $12(1 \times 300)\text{ mm}^2 + 3(1 \times 240)\text{ mm}^2$, bảo vệ bằng máy cắt không khí ACB Mitsubishi AE1000-SW (4 cực, $I_{đm} = 1000\text{ A}$, dòng cắt 100 kA).

4. Phụ tải công nghệ tại Tầng 2 gồm những thiết bị đặc thù nào và công suất là bao nhiêu? Tầng 2 là khu vực xưởng sơn và đồng gò với các thiết bị công nghệ chuyên dụng: 2 buồng sơn sấy ($2 \times 20.000\text{ W}$), 1 buồng sơn nhanh ($15.000\text{ W}$), 6 cầu nâng 2 trụ ($6 \times 3000\text{ W}$), 2 bộ nắn khung ($2 \times 3000\text{ W}$), 1 máy hàn MIG ($7500\text{ W}$), 1 hệ thống hút bụi trung tâm ($7500\text{ W}$), 140 đèn tuýp ($140 \times 25\text{ W}$) và 46 ổ cắm ($46 \times 300\text{ W}$). Tổng công suất phụ tải tính toán của Tầng 2 là 111.300 W.

5. Những tiêu chuẩn và quy chuẩn nào được tác giả áp dụng để tính toán độ rọi chiếu sáng? Tác giả áp dụng Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7114-2008 về độ rọi chiếu sáng nội thất để xác định độ rọi tiêu chuẩn cho từng khu vực (khu trưng bày xe 300 lux, phòng kho 300 lux, buồng sơn sấy 300 lux, nhà vệ sinh 100 lux). Quá trình tính toán sử dụng phương pháp hệ số sử dụng quang thông ($U$), kiểm tra sai số quang thông cho phép trong biên độ từ -10% đến +20% và kiểm tra lại độ rọi trung bình trên bề mặt làm việc sau 1 năm sử dụng.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế cung cấp điện cho Đại lý ô tô Honda Thủy Nguyên - Hải Phòng" của sinh viên Quách Hoài Sơn đã hoàn thành toàn diện việc tính toán và thiết kế hệ thống điện cho công trình dịch vụ ô tô quy mô 3 tầng với diện tích sàn 2000 m2. Trên cơ sở tổng phụ tải tính toán tác dụng 338,407 kW và công suất biểu kiến 423,008 kVA, tác giả đã lựa chọn giải pháp kỹ thuật hợp lý gồm 1 trạm biến áp ngoài trời THIBIDI 700 kVA (22/0,4 kV), nguồn phát dự phòng Mitsubishi 700 kVA, cùng hệ thống thiết bị đóng cắt cao - hạ áp đồng bộ. Kết quả nghiên cứu có độ tin cậy kỹ thuật cao, đáp ứng các tiêu chuẩn TCVN và IEC, đồng thời cung cấp tài liệu tham khảo thực tiễn giá trị cho việc thiết kế hệ thống điện các cơ sở dịch vụ kỹ thuật cơ giới tương tự.