Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa gắn liền với hội nhập kinh tế quốc tế, các ngành công nghiệp chế tạo và gia công cơ khí đòi hỏi nguồn năng lượng điện ổn định, liên tục và đạt chuẩn kỹ thuật. Hệ thống cung cấp điện trong các nhà máy, phân xưởng đóng vai trò huyết mạch, quyết định trực tiếp đến năng suất dây chuyền, tuổi thọ thiết bị và độ an toàn vận hành. Vấn đề cốt lõi trong thiết kế cung cấp điện là giải quyết mâu thuẫn giữa hai chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật: vừa phải đảm bảo chất lượng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện cao, giảm thiểu sự cố và có dự phòng phát triển phụ tải; vừa phải tối ưu hóa vốn đầu tư ban đầu cùng chi phí vận hành hàng năm ở mức thấp nhất.

Đồ án môn học "Cung cấp điện" với đề tài "Thiết kế cung cấp điện cho một phân xưởng sản xuất công nghiệp" do sinh viên Nguyễn Duy Long thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Phúc Huy (Khoa Kỹ thuật điện, Trường Đại học Điện lực) được xây dựng nhằm giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho một cơ sở sản xuất công nghiệp điển hình.

Nhiệm vụ nghiên cứu và thiết kế được xác định theo các nội dung cụ thể:

  1. Xác định và tính toán phụ tải điện của phân xưởng (bao gồm phụ tải chiếu sáng, phụ tải ổ cắm, phụ tải thông gió làm mát và phụ tải động lực 45 thiết bị gia công cơ khí).
  2. Tính toán và lựa chọn giải pháp bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất của toàn phân xưởng.
  3. Lựa chọn phương án cấp nguồn trung áp và so sánh kinh tế - kỹ thuật để chọn quy mô, số lượng, dung lượng máy biến áp cho trạm biến áp phân xưởng.
  4. Thiết kế cấu trúc mạng điện hạ áp phân xưởng, so sánh và lựa chọn vị trí đặt tủ phân phối tối ưu.
  5. Tính toán dòng ngắn mạch theo tiêu chuẩn kỹ thuật, lựa chọn và kiểm tra ổn định nhiệt, ổn định động của các thiết bị đóng cắt, bảo vệ và dây dẫn trên toàn hệ thống.

Đối tượng và phạm vi thiết kế:

  • Đối tượng nghiên cứu: Phân xưởng sản xuất công nghiệp với dây chuyền máy công cụ gồm 45 thiết bị động lực (máy tiện, máy mài, máy ép, máy phay, máy hàn, máy xọc, cần cẩu...), hệ thống chiếu sáng và hệ thống làm mát thông gió.
  • Phạm vi không gian: Mặt bằng phân xưởng hình chữ nhật kích thước $36\text{ m} \times 24\text{ m}$, chiều cao tính toán $6\text{ m}$ (diện tích sàn $864\text{ m}^2$). Điểm đấu nối nguồn điện trung áp phân phối $22\text{ kV}$ cách phân xưởng một khoảng cách $L = 300\text{ m}$.
  • Thông số kỹ thuật và kinh tế ban đầu: Tỷ lệ phụ tải loại ưu tiên chiếm $65%$; thời gian sử dụng công suất cực đại $T_{\max} = 4000\text{ giờ/năm}$; công suất ngắn mạch tại điểm đấu nối nguồn $S_k = 150\text{ MVA}$; thời gian tồn tại dòng ngắn mạch $t_k = 0,25\text{ s}$; tổn thất điện áp cho phép $\Delta U_{cp} \le 5%$; giá thành tổn thất điện năng $c_\Delta = 1800\text{ đồng/kWh}$; suất thiệt hại do mất điện $g_{th} = 18000\text{ đồng/kWh}$; thời gian mất điện trung bình năm $T_f = 24\text{ giờ}$; hệ số thu hồi vốn đầu tư tiêu chuẩn $a_{tc} = 0,125$ (tuổi thọ công trình 25 năm); hệ số vận hành sửa chữa trạm biến áp $k_{vh} = 4%$, hệ số vận hành đường dây $a_{vh} = 0,1$.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án áp dụng hệ thống lý thuyết, tiêu chuẩn kỹ thuật điện và phương pháp tính toán chuyên ngành Hệ thống điện:

  • Phương pháp xác định phụ tải tính toán: Sử dụng phương pháp hệ số sử dụng ($k_u$) kết hợp hệ số đồng thời ($k_s$) theo nhóm thiết bị. Công suất tính toán của từng nhóm thiết bị và toàn phân xưởng được tổng hợp từ công suất tác dụng ($P$), công suất phản kháng ($Q$) và hệ số công suất trung bình ($\cos\varphi_{tb}$), có tính đến $10%$ tổn thất nội bộ mạng điện và $10%$ dự phòng phát triển phụ tải trong vòng 10 năm.
  • Phương pháp tính toán chiếu sáng và làm mát:
    • Chiếu sáng: Áp dụng phương pháp hệ số sử dụng quang thông ($k_{sd}$) dựa trên chỉ số hình học của phòng ($\varphi$), độ phản xạ của trần ($\rho_{tr} = 50%$) và tường ($\rho_{tg} = 30%$), hệ số dự trữ $k = 1,3$, hệ số tính toán $Z = 1,1$ với độ rọi yêu cầu $E_{yc} = 100\text{ lux}$.
    • Làm mát: Tính toán lưu lượng gió trao đổi yêu cầu $Q_{gi\acute{o}}$ dựa trên thể tích không gian phân xưởng để xác định số lượng và công suất quạt thông gió.
  • Phương pháp bù công suất phản kháng: Tính toán dung lượng bù ($Q_b$) bằng công thức giải tích $Q_b = P_{tt}(\tan\varphi_1 - \tan\varphi_2)$ để nâng hệ số công suất từ giá trị tự nhiên lên giá trị định mức yêu cầu ($\cos\varphi = 0,95$), sử dụng tụ điện tĩnh điện đặt tại thanh cái hạ áp trạm biến áp.
  • Phương pháp so sánh kinh tế - kỹ thuật: Sử dụng hàm chi phí tính toán quy dẫn hàng năm ($Z$) làm tiêu chuẩn đánh giá: $$Z = (a_{tc} + k_{vh})V + C_\Delta + Y_{th}$$ Trong đó: $V$ là vốn đầu tư thiết bị và đường dây; $C_\Delta$ là chi phí tổn thất điện năng hàng năm ($C_\Delta = \Delta A \cdot c_\Delta$); $Y_{th}$ là chi phí thiệt hại do ngừng cung cấp điện đối với các phụ tải ưu tiên ($Y_{th} = A_{th} \cdot g_{th}$).
  • Phương pháp tính toán ngắn mạch và kiểm tra thiết bị: Áp dụng tiêu chuẩn quốc tế IEC 60909 với hệ số điện áp tính toán $c_{\max} = 1,1$. Xét chế độ ngắn mạch ba pha đối xứng ($N^{(3)}$) tại các điểm nút đặc trưng trên lưới cao áp và hạ áp để kiểm tra ổn định nhiệt và lựa chọn thiết bị bảo vệ.
  • Nguồn dữ liệu tra cứu: Tham khảo giáo trình chuyên ngành "Cung cấp điện" và "Lưới điện" (Trần Bách, Nguyễn Hồng Quang), tài liệu kỹ thuật và bảng tra thông số thiết bị từ các nhà sản xuất: bóng đèn Rạng Đông, quạt công nghiệp Deton, dây cáp điện CADIVI, cáp trung áp Furukawa, máy biến áp Tổng công ty Thiết bị điện Đông Anh (TBĐĐA), thiết bị đóng cắt bảo vệ Aptomat của LG/LS.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tính toán phụ tải điện và bù công suất phản kháng

Chương 1 tập trung khảo sát mặt bằng, phân tích đặc tính phụ tải của phân xưởng và tính toán nhu cầu công suất cho từng thành phần phụ tải riêng biệt trước khi tổng hợp toàn xưởng.

  • Phụ tải chiếu sáng và ổ cắm: Phân xưởng diện tích $864\text{ m}^2$ được bố trí 24 bộ đèn LED High Bay 430/100W (Rạng Đông, công suất $100\text{ W}$, quang thông $10000\text{ lumen}$, $\cos\varphi = 0,9$) chia làm 4 hàng dọc và 6 hàng ngang, đảm bảo độ rọi $E_{yc} = 100\text{ lux}$; tổng công suất chiếu sáng $P_{cs} = 2,4\text{ kW}$. Mạng ổ cắm bố trí 5 ổ cắm Sino S18U3 ($500\text{ W}$/ổ), tổng công suất $P_{oc} = 2,5\text{ kW}$. Tuyến cấp nguồn sử dụng cáp CADIVI CVV 4x1.5 $\text{mm}^2$ và CVV 4x1.0 $\text{mm}^2$, bảo vệ bằng Aptomat LG ABE 53a các loại 5A, 10A, 20A.
  • Phụ tải thông thoáng và làm mát: Với lưu lượng gió yêu cầu $864\text{ m}^3/\text{phút}$, phân xưởng được trang bị 4 quạt thông gió Deton GFD 5.6 ($250\text{ W}$, lưu lượng $15000\text{ m}^3/\text{h}$, điện áp $220\text{ V}$, $\cos\varphi = 0,8$), tổng công suất $P_{lm} = 1,0\text{ kW}$, sử dụng cáp CVV 4x1.5 $\text{mm}^2$ và Aptomat bảo vệ 5A.
  • Phụ tải động lực: Toàn bộ 45 thiết bị máy móc gia công cơ khí được phân chia thành 4 nhóm phụ tải dựa trên vị trí lắp đặt và chế độ làm việc:
    • Nhóm I: Gồm 12 thiết bị (máy ép quay, máy tiện bu lông, cần cẩu, máy mài, máy khoan, máy xọc), tổng công suất đặt $97,45\text{ kW}$, công suất tính toán $P_{tt1} = 55,97\text{ kW}$, $Q_{tt1} = 76,24\text{ kVAr}$, $S_{tt1} = 94,58\text{ kVA}$.
    • Nhóm II: Gồm 13 thiết bị (lò gió, máy ép, máy mài nhẵn tròn, máy khoan, máy mài phẳng, máy tiện, máy ép nguội, cần cẩu), tổng công suất đặt $76,0\text{ kW}$, công suất tính toán $P_{tt2} = 45,43\text{ kW}$, $Q_{tt2} = 48,04\text{ kVAr}$, $S_{tt2} = 66,12\text{ kVA}$.
    • Nhóm III: Gồm 13 thiết bị (máy ép nguội $55\text{ kW}$, các máy tiện bu lông, máy phay, máy mài), tổng công suất đặt $130,875\text{ kW}$, công suất tính toán $P_{tt3} = 78,64\text{ kW}$, $Q_{tt3} = 95,65\text{ kVAr}$, $S_{tt3} = 123,83\text{ kVA}$.
    • Nhóm IV: Gồm 7 thiết bị (máy hàn, máy quạt, máy cắt tôn, lò gió), tổng công suất đặt $83,5\text{ kW}$, công suất tính toán $P_{tt4} = 54,10\text{ kW}$, $Q_{tt4} = 39,65\text{ kVAr}$, $S_{tt4} = 67,08\text{ kVA}$.
Hạng mục phụ tải Số lượng thiết bị Tổng công suất đặt (kW) Công suất tính toán $P_{tt}$ (kW) Công suất phản kháng $Q_{tt}$ (kVAr) Công suất biểu kiến $S_{tt}$ (kVA)
Chiếu sáng & Ổ cắm 24 đèn + 5 ổ cắm 4,90 4,90 1,16 5,04
Thông gió làm mát 4 quạt 1,00 1,00 0,75 1,25
Động lực Nhóm I 12 máy 97,45 55,97 76,24 94,58
Động lực Nhóm II 13 máy 76,00 45,43 48,04 66,12
Động lực Nhóm III 13 máy 130,875 78,64 95,65 123,83
Động lực Nhóm IV 7 máy 83,50 54,10 39,65 67,08
Toàn phân xưởng (đã tính dự phòng) 45 máy + phụ trợ 393,725 259,96 281,07 382,85
  • Bù công suất phản kháng: Hệ số công suất tự nhiên của phân xưởng ở mức thấp ($\cos\varphi_{tb} = 0,68$). Để nâng hệ số công suất lên $\cos\varphi = 0,95$, tác giả tính toán dung lượng bù cần thiết là $Q_b = 199,13\text{ kVAr}$, lựa chọn giải pháp bù bằng tụ tĩnh điện đặt tại thanh cái hạ áp trạm biến áp. Sau khi bù, công suất phản kháng giảm xuống còn $Q_{sb} = 81,94\text{ kVAr}$, công suất biểu kiến giảm xuống $S_{sb} = 272,57\text{ kVA}$, dòng điện làm việc cực đại giảm còn $I = 207,06\text{ A}$.

Chương 2: Lựa chọn phương án cấp nguồn và trạm biến áp

Chương 2 giải quyết bài toán lựa chọn sơ đồ cấp điện trung áp $22\text{ kV}$ và xác định phương án xây dựng trạm biến áp phân xưởng.

  • Cấp nguồn trung áp và tuyến dây: Nguồn điện được lấy từ tủ RMU phân phối $22\text{ kV}$ qua tuyến cáp vặn xoắn Furukawa lõi đồng XLPE 35 $\text{mm}^2$ ($r_0 = 0,524\ \Omega/\text{km}$, $x_0 = 0,13\ \Omega/\text{km}$, $I_{cp} = 170\text{ A}$) đặt trong rãnh cáp. Sơ đồ đấu nối trung áp được chọn là sơ đồ kết hợp Dao cách ly và Máy cắt (Phương án b) nhằm tạo khoảng cách ly nhìn thấy an toàn và đảm bảo khả năng đóng cắt tự động khi có dòng ngắn mạch.
  • So sánh phương án trạm biến áp: Do phân xưởng có $65%$ phụ tải thuộc diện ưu tiên, tác giả tiến hành tính toán và so sánh kinh tế - kỹ thuật giữa hai phương án:
    • Phương án 1 (Trạm 2 máy biến áp làm việc song song/phân đoạn): Sử dụng 2 MBA $250\text{ kVA}$ ($22/0,4\text{ kV}$) do TBĐĐA chế tạo ($\Delta P_0 = 0,65\text{ kW}$, $\Delta P_k = 3,05\text{ kW}$, $U_n% = 4%$, $I_0% = 1,7%$). Khi xảy ra sự cố 1 máy, máy còn lại vận hành quá tải cho phép ($k_{qt} = 1,4$) kết hợp sa thải phụ tải không ưu tiên để cấp điện liên tục cho $65%$ phụ tải ưu tiên mà không gây thiệt hại ngừng sản xuất.
    • Phương án 2 (Trạm 1 máy biến áp duy nhất): Sử dụng 1 MBA $320\text{ kVA}$ ($22/0,4\text{ kV}$) do TBĐĐA chế tạo ($\Delta P_0 = 0,70\text{ kW}$, $\Delta P_k = 3,67\text{ kW}$, $U_n% = 4%$, $I_0% = 1,6%$). Khi xảy ra sự cố máy biến áp, toàn bộ phân xưởng mất điện, gây thiệt hại kinh tế lớn do ngừng trệ sản xuất ($Y_{th2}$).
Chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật Phương án 1 (2 MBA $\times$ 250 kVA) Phương án 2 (1 MBA $\times$ 320 kVA)
Tổng công suất trạm ($S_B$) $500\text{ kVA}$ $320\text{ kVA}$
Vốn đầu tư thiết bị trạm ($V_B$) $234,14 \times 10^6\text{ VNĐ}$ $237,12 \times 10^6\text{ VNĐ}$
Tổn thất điện năng hàng năm ($\Delta A$) $15.387,24\text{ kWh}$ $12.536,59\text{ kWh}$
Chi phí quy dẫn hàng năm ($Z$) $88,42 \times 10^6\text{ VNĐ}$ $148,90 \times 10^6\text{ VNĐ}$
Đánh giá độ tin cậy cung cấp điện Đảm bảo cấp điện liên tục cho $65%$ tải ưu tiên Mất điện toàn bộ khi sự cố MBA

Kết luận chương: Phương án 1 có hàm chi phí quy dẫn nhỏ hơn đáng kể ($88,42 \times 10^6\text{ VNĐ}$ so với $148,90 \times 10^6\text{ VNĐ}$) và đáp ứng yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện, do đó được lựa chọn làm phương án thiết kế chính thức. Tuyến cáp từ trạm biến áp đến tủ phân phối tổng sử dụng cáp CADIVI CVV 1 lõi đồng tiết diện $120\text{ mm}^2$ ($I_{cp} = 420\text{ A}$).

Chương 3: Lựa chọn phương án mạng điện phân xưởng

Chương 3 khảo sát và so sánh các dạng cấu trúc mạng hạ áp (hình tia, phân nhánh đường dây, thanh dẫn, hỗn hợp) và phân tích vị trí bố trí tủ phân phối tổng (TPP):

  • Phương án 1: Đặt tủ TPP tại góc trái trên cùng của phân xưởng (gần trạm biến áp). Ưu điểm là chiều dài cáp từ MBA đến TPP ngắn ($L = 13,09\text{ m}$), nhưng chiều dài cáp từ TPP dẫn đến các tủ động lực T1, T2, T3, T4 tăng lên ($23,57\text{ m}$; $21,22\text{ m}$; $34,64\text{ m}$; $47,63\text{ m}$). Tổn thất điện áp lớn nhất trên nhánh là $\Delta U_{TPP-T4} = 8,19\text{ V}$.
  • Phương án 2: Đặt tủ TPP tại vị trí tâm phụ tải của phân xưởng. Tuyến cáp từ TBA đến TPP dài hơn ($L = 36,6\text{ m}$), nhưng chiều dài cấp điện đến các tủ động lực được rút ngắn tối đa ($11,02\text{ m}$; $1,26\text{ m}$; $10,85\text{ m}$; $27,0\text{ m}$). Tổn thất điện áp lớn nhất giảm xuống $\Delta U_{TPP-T4} = 4,64\text{ V}$.
Chỉ tiêu so sánh mạng điện Phương án 1 (TPP đặt tại góc xưởng) Phương án 2 (TPP đặt tại tâm xưởng)
Tổn thất điện áp đoạn TBA - TPP ($\Delta U$) $0,65\text{ V}$ $1,83\text{ V}$
Tổn thất điện áp cực đại TPP - TĐL ($\Delta U_{\max}$) $8,19\text{ V}$ $4,64\text{ V}$
Tổng chi phí quy dẫn mạng điện ($Z$) $36.120.330\text{ VNĐ}$ $22.144.200\text{ VNĐ}$
Đánh giá kỹ thuật - kinh tế Tổn thất điện áp nhánh cao, chi phí lớn Giảm sụt áp, chi phí tối ưu

Kết luận chương: Phương án 2 được lựa chọn nhờ tối ưu hóa phân bố đường dây, giảm tổn thất điện áp cục bộ trên các tuyến động lực và tiết kiệm chi phí quy dẫn mạng điện $13.976.130\text{ VNĐ}$ so với Phương án 1.

Chương 4: Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị của sơ đồ nối điện

Chương 4 thực hiện tính toán chế độ ngắn mạch và kiểm tra khả năng làm việc của các khí cụ điện, dây dẫn:

  • Tính toán ngắn mạch theo IEC 60909: Thiết lập sơ đồ thay thế hệ thống với nguồn $S_k = 150\text{ MVA}$, tính toán tổng trở quy đổi của hệ thống nguồn, máy biến áp $250\text{ kVA}$, tuyến cáp trung áp và các đoạn cáp hạ áp $120\text{ mm}^2$, $30\text{ mm}^2$, $10\text{ mm}^2$. Dạng ngắn mạch ba pha $N^{(3)}$ được chọn làm căn cứ tính toán kiểm tra vì có dòng sự cố lớn nhất và điều kiện phát nhiệt khắc nghiệt nhất.
  • Kiểm tra ổn định nhiệt và thiết bị đóng cắt:
    • Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt của cáp điện dựa trên thời gian tồn tại dòng ngắn mạch $t_k = 0,25\text{ s}$.
    • Lựa chọn máy cắt, dao cách ly, thanh cái phân phối và hệ thống Aptomat phân nhánh (LG ABE 53a, ABE 103b...) đáp ứng đầy đủ điều kiện điện áp định mức ($U_{đm} \ge U_{mạng}$), dòng điện định mức ($I_{đm} \ge I_{lv\max}$) và khả năng cắt dòng ngắn mạch định mức ($I_{cdm} \ge I_{N3}$).
  • Kiểm chứng sơ đồ nguyên lý: Toàn bộ sơ đồ nguyên lý cấp điện, sơ đồ mặt bằng đi dây và thông số kỹ thuật của các thiết bị bảo vệ được xây dựng và mô phỏng lại trên phần mềm chuyên dụng Schneider E-Design nhằm thẩm định tính tương thích kỹ thuật.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính của đồ án

  • Thiết lập đầy đủ bảng tổng hợp phụ tải phân xưởng $393,725\text{ kW}$ công suất đặt, xác định chính xác phụ tải tính toán $P_{ttpx} = 259,96\text{ kW}$, $S_{ttpx} = 382,85\text{ kVA}$ và hệ số công suất tự nhiên $\cos\varphi = 0,68$.
  • Hoàn thành thiết kế hệ thống bù phản kháng tập trung công suất $Q_b = 199,13\text{ kVAr}$, nâng hệ số công suất toàn xưởng lên $\cos\varphi = 0,95$, giảm dòng điện tải tổng về mức $207,06\text{ A}$.
  • Xác định cấu hình tối ưu của trạm biến áp gồm 2 MBA $250\text{ kVA}$ ($22/0,4\text{ kV}$) với tổng hàm chi phí quy dẫn $Z = 88,42 \times 10^6\text{ VNĐ/năm}$, đảm bảo an toàn cấp điện cho $65%$ phụ tải ưu tiên khi có sự cố.
  • Tối ưu hóa cấu trúc mạng hạ áp phân xưởng với phương án đặt tủ phân phối tại tâm phụ tải, hạ mức tổn thất điện áp nhánh cực đại xuống $4,64\text{ V}$ và tiết kiệm chi phí quy dẫn mạng điện xuống mức $22.144.200\text{ VNĐ}$.
  • Hoàn thiện việc tính toán ngắn mạch theo IEC 60909 và lựa chọn danh mục thiết bị đóng cắt bảo vệ đồng bộ từ lưới trung áp $22\text{ kV}$ đến từng thiết bị công tác.

Đóng góp về mặt kỹ thuật

Đồ án đã chuẩn hóa phương pháp luận thiết kế mạng điện công nghiệp thông qua việc kết hợp chặt chẽ giữa các công thức giải tích kinh điển với tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành (IEC 60909) và công cụ phần mềm E-Design, chứng minh tính khả thi và độ tin cậy trong việc giải quyết bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu kỹ thuật - kinh tế.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Các phép tính toán phụ tải động lực trong đồ án dựa trên phương pháp hệ số sử dụng và hệ số đồng thời giả định tải tĩnh theo chế độ làm việc ổn định, chưa mô phỏng động học quá trình khởi động đồng thời của các động cơ công suất lớn (như máy ép nguội $55\text{ kW}$ và máy hàn $30\text{ kW}$) để khảo sát sụt áp khởi động tức thời.
  • Hướng mở rộng:
    1. Thiết kế hệ thống điều khiển tự động đóng cắt tụ bù theo nấc phụ tải thời gian thực (Automatic Power Factor Controller) thay vì bù cố định.
    2. Bổ sung giải pháp tích hợp hệ thống giám sát và quản lý năng lượng (SCADA/PMS) cho phân xưởng.
    3. Mở rộng phân tích sóng hài sinh ra từ các thiết bị phi tuyến (máy hàn, biến tần điều khiển động cơ) và thiết kế bộ lọc sóng hài chủ động/bị động.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Hệ thống điện, Kỹ thuật điện, Tự động hóa công nghiệp thực hiện đồ án môn học Cung cấp điện hoặc đồ án tốt nghiệp kỹ sư.
  • Kỹ sư thiết kế cơ điện (M&E) tham khảo quy trình tính toán phụ tải theo nhóm thiết bị, thuật toán so sánh kinh tế kỹ thuật theo hàm chi phí quy dẫn $Z$, và quy trình tính ngắn mạch theo tiêu chuẩn IEC 60909.
  • Nội dung đáng tham khảo nhất là bảng phương pháp phân nhóm 45 thiết bị động lực và phương pháp đánh giá lựa chọn dung lượng trạm biến áp có tính đến thiệt hại do ngừng cung cấp điện ($Y_{th}$).

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao đồ án lựa chọn phương án trạm 2 máy biến áp 250 kVA thay vì 1 máy biến áp 320 kVA?
Phân xưởng có tỷ lệ phụ tải loại ưu tiên chiếm $65%$. Nếu dùng 1 MBA $320\text{ kVA}$, khi xảy ra sự cố MBA thì toàn bộ xưởng bị mất điện, phát sinh chi phí thiệt hại do ngừng trệ sản xuất rất lớn, khiến hàm chi phí quy dẫn lên tới $148,90 \times 10^6\text{ VNĐ/năm}$. Trong khi đó, phương án 2 MBA $250\text{ kVA}$ cho phép khi 1 máy gặp sự cố, máy còn lại tận dụng khả năng quá tải ($k_{qt} = 1,4$) cấp điện liên tục cho toàn bộ $65%$ phụ tải ưu tiên, không gây thiệt hại ngừng sản xuất, đưa hàm chi phí quy dẫn xuống chỉ còn $88,42 \times 10^6\text{ VNĐ/năm}$.

2. Dung lượng bù công suất phản kháng được tính toán là bao nhiêu và đem lại hiệu quả gì?
Dung lượng bù cần thiết được tính toán là $Q_b = 199,13\text{ kVAr}$, thực hiện bằng tụ tĩnh điện đặt tại thanh cái hạ áp. Giải pháp này giúp nâng hệ số công suất toàn phân xưởng từ mức tự nhiên $\cos\varphi = 0,68$ lên $\cos\varphi = 0,95$, giảm công suất phản kháng từ $281,07\text{ kVAr}$ xuống $81,94\text{ kVAr}$, giảm công suất biểu kiến từ $382,85\text{ kVA}$ xuống $272,57\text{ kVA}$, qua đó giảm dòng điện phụ tải từ đó giảm tổn thất công suất, tổn thất điện áp và cho phép chọn tiết diện dây dẫn nhỏ hơn.

3. Tại sao phương án đặt tủ phân phối tổng (TPP) tại tâm phân xưởng lại tối ưu hơn đặt ở góc xưởng?
Khi đặt TPP tại tâm phân xưởng (Phương án 2), mặc dù đoạn cáp nguồn từ TBA đến TPP dài hơn ($36,6\text{ m}$ so với $13,09\text{ m}$), nhưng khoảng cách từ TPP đến cả 4 tủ động lực đều được rút ngắn đáng kể. Điều này giúp giảm độ sụt áp lớn nhất trên các tuyến nhánh từ $8,19\text{ V}$ xuống còn $4,64\text{ V}$, đồng thời tiết kiệm đáng kể chi phí dây cáp phân phối, làm giảm tổng chi phí quy dẫn mạng điện từ $36.120.330\text{ VNĐ}$ xuống còn $22.144.200\text{ VNĐ}$.

4. Phụ tải động lực của phân xưởng được phân nhóm theo nguyên tắc nào?
Toàn bộ 45 thiết bị động lực được chia làm 4 nhóm dựa trên 3 nguyên tắc: các thiết bị trong cùng nhóm đặt gần nhau trên mặt bằng; các máy trong cùng nhóm có chế độ làm việc tương đồng; và tổng công suất tính toán giữa các nhóm xấp xỉ cân bằng nhau (lần lượt là $55,97\text{ kW}$; $45,43\text{ kW}$; $78,64\text{ kW}$; $54,10\text{ kW}$).

5. Tiêu chuẩn và chế độ ngắn mạch nào được dùng để kiểm tra thiết bị trong đồ án?
Đồ án áp dụng tiêu chuẩn quốc tế IEC 60909 với hệ số điện áp $c_{\max} = 1,1$. Chế độ ngắn mạch ba pha đối xứng ($N^{(3)}$) với thời gian tồn tại dòng ngắn mạch $t_k = 0,25\text{ s}$ được lựa chọn làm cơ sở kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt của cáp dẫn và khả năng cắt dòng ngắn mạch định mức của các thiết bị bảo vệ.

Kết luận

Đồ án "Thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng sản xuất công nghiệp" của tác giả Nguyễn Duy Long đã giải quyết hoàn chỉnh và mạch lạc các yêu cầu kỹ thuật từ khâu tính toán phụ tải, bù công suất phản kháng đến lựa chọn cấu hình trạm biến áp và mạng lưới phân phối hạ áp. Kết quả nghiên cứu chứng minh tính hợp lý của phương án trạm 2 máy biến áp $250\text{ kVA}$ kết hợp bố trí tủ phân phối tại tâm phụ tải, mang lại hiệu quả vượt trội về cả độ tin cậy cung cấp điện lẫn chỉ tiêu kinh tế quy dẫn. Công trình là tài liệu tham khảo có giá trị cao về mặt phương pháp luận và dữ liệu thực hành cho sinh viên cũng như kỹ sư trong lĩnh vực thiết kế cung cấp điện công nghiệp.