Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, điện năng đóng vai trò là nguồn động lực chính cho các ngành sản xuất công nghiệp cũng như đời sống xã hội. Do đặc tính dễ chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác (cơ năng, nhiệt năng, hóa năng) và thuận tiện trong truyền tải, việc xây dựng quy hoạch cấp điện luôn đòi hỏi đi trước một bước nhằm đảm bảo cung cấp năng lượng liên tục, ổn định và an toàn. Đối với các cơ sở sản xuất công nghiệp, việc thiết kế một mạng lưới cung cấp điện hợp lý giúp giảm thiểu tổn thất điện năng, tiết kiệm chi phí đầu tư ban đầu và hạ giá thành vận hành thiết bị.

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng sửa chữa cơ khí" do sinh viên Nguyễn Văn Hiệp (Lớp ĐC1301, Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp, Trường Đại học Dân Lập Hải Phòng) thực hiện dưới sự hướng dẫn của Th.S Đỗ Thị Hồng Lý vào năm 2016, tập trung giải quyết bài toán cấp điện hạ áp cho một phân xưởng cơ khí chuyên biệt.

Các mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể được xác lập trong đồ án gồm:

  1. Nghiên cứu cơ sở lý luận và các phương pháp xác định phụ tải tính toán trong mạng điện công nghiệp; phân tích đặc điểm công nghệ và phân nhóm phụ tải thực tế cho phân xưởng cơ khí.
  2. Thiết kế chi tiết mạng điện hạ áp cho phân xưởng: xác định sơ đồ nguyên lý cung cấp điện, lựa chọn trạm biến áp, tủ phân phối, các tủ động lực, tính chọn dây dẫn/cáp điện và các thiết bị đóng cắt, bảo vệ (aptomat, cầu chì) đảm bảo điều kiện làm việc lâu dài và quá tải/ngắn mạch.
  3. Tính toán và thiết kế hệ thống bù công suất phản kháng nhằm nâng cao hệ số công suất $\cos\varphi$ của mạng điện phân xưởng, giảm tổn thất công suất và tổn thất điện áp trên đường dây.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đồ án:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống cung cấp điện hạ áp ($380/220\text{ V}$) bao gồm mạng lưới phân phối, tủ động lực, đường dây dẫn và các thiết bị đóng cắt, bảo vệ cấp nguồn cho các nhóm thiết bị gia công, nhiệt luyện, cơ khí và chiếu sáng.
  • Phạm vi không gian: Phân xưởng sửa chữa cơ khí có diện tích mặt bằng $1000\text{ m}^2$, chuyên sản xuất và gia công các chi tiết máy, bánh răng, hộp số, hộp tốc độ.
  • Phạm vi nguồn cấp: Nhận điện từ một phân đoạn thanh cái $35\text{ kV}$ thông qua trạm biến áp trung gian hạ áp $35/0,4\text{ kV}$ cấp về tủ phân phối chính của xưởng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và các mô hình tính toán

Nội dung tính toán của đồ án dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế cung cấp điện công nghiệp, tập trung vào ba khối lý thuyết chính:

  • Lý thuyết xác định phụ tải tính toán (PTTT): Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải biến đổi thực tế về mặt hiệu ứng nhiệt lớn nhất. Đồ án hệ thống hóa 4 phương pháp xác định PTTT phổ biến:
    1. Xác định theo công suất đặt ($P_{\text{đ}}$) và hệ số nhu cầu ($K_{nc}$): Áp dụng khi mới có thiết kế sơ bộ mặt bằng và công suất đặt của phân xưởng.
    2. Xác định theo công suất trung bình kết hợp hệ số sử dụng ($k_{sd}$) và hệ số cực đại ($k_{max}$): Áp dụng khi đã có thiết kế công nghệ chi tiết, biết rõ vị trí và công suất từng máy. Phương pháp này sử dụng khái niệm số thiết bị hiệu quả ($n_{hq}$) để tra bảng xác định $k_{max}$.
    3. Xác định theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích nhà xưởng ($p_0$): Áp dụng cho tính toán sơ bộ hoặc tính phụ tải chiếu sáng phân xưởng ($P_{cs} = p_0 \cdot S$).
    4. Xác định theo suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị sản phẩm ($w_0$): Áp dụng cho các phụ tải ít biến đổi như máy nén khí, quạt gió, máy bơm.
  • Lý thuyết lựa chọn và kiểm tra khí cụ điện, dây dẫn:
    • Điều kiện phát nóng cho phép đối với dây dẫn và cáp: $k_1 \cdot k_2 \cdot I_{cp} \ge I_{tt}$ (trong đó $k_1, k_2$ là hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ và số lượng cáp đi chung rãnh; $I_{cp}$ là dòng điện cho phép lâu dài; $I_{tt}$ là dòng điện tính toán).
    • Điều kiện phối hợp bảo vệ với cầu chì: $I_{cp} \ge \frac{I_{dc}}{\alpha}$ (với mạch động lực chọn $\alpha = 3$, mạch chiếu sáng $\alpha = 0,3$).
    • Điều kiện chọn dòng định mức dây chảy cầu chì theo dòng khởi động/mở máy của động cơ: $I_{dc} \ge \frac{I_{mm}}{\alpha} = \frac{k_{mm} \cdot I_{\text{đm}}}{\alpha}$ (đối với động cơ lồng sóc lấy $k_{mm} = 5$, điều kiện mở máy nặng lấy $\alpha = 1,6 \div 2,5$).
    • Điều kiện chọn lọc của cầu chì: Dòng dây chảy của cầu chì tổng phải lớn hơn dòng dây chảy cầu chì nhánh lớn nhất ít nhất 2 cấp định mức.
  • Lý thuyết bù công suất phản kháng:
    • Quan hệ tổn thất công suất tác dụng do truyền tải công suất phản kháng $Q$: $\Delta P = \frac{P^2 + Q^2}{U^2} R = \Delta P(P) + \Delta P(Q)$.
    • Công thức xác định dung lượng bù cần thiết: $Q_b = P_{tt} \cdot (\text{tg}\varphi_1 - \text{tg}\varphi_2) \cdot \alpha$.

Phương pháp nghiên cứu và nguồn dữ liệu

  • Phương pháp phân tích - tổng hợp và thống kê kỹ thuật: Khảo sát danh mục gồm hơn 50 thiết bị cơ khí, nhiệt luyện, rèn, gia công gỗ và thông gió trong phân xưởng; tiến hành phân loại thành 5 nhóm phụ tải theo 4 nguyên tắc kỹ thuật (vị trí không gian gần nhau, cùng chế độ làm việc, cân bằng công suất giữa các nhóm và giới hạn số lộ ra trên tủ động lực không quá 8 lộ).
  • Phương pháp giải tích kỹ thuật: Áp dụng thuật toán xác định số thiết bị dùng điện hiệu quả ($n_{hq}$), tra bảng hệ số $k_{max}$, tính toán dòng định mức, dòng làm việc cực đại và lựa chọn thiết bị phân phối.
  • Nguồn dữ liệu: Sổ tay thiết kế cung cấp điện, bảng tra cứu thông số kỹ thuật khí cụ điện, cáp điện hạ thế do Liên Xô (cũ) và LENS chế tạo, kết hợp mặt bằng công nghệ phân xưởng cơ khí giả định với diện tích $1000\text{ m}^2$.

Nội dung chính theo từng chương

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

Chương này trình bày cơ sở lý luận về phụ tải tính toán và tiến hành phân nhóm, tính toán phụ tải cho toàn bộ các thiết bị trong phân xưởng sửa chữa cơ khí.

Tác giả phân chia các thiết bị của phân xưởng thành 5 nhóm phụ tải động lực chính:

  • Nhóm 1 (Bộ phận rèn và phụ trợ): Gồm 2 búa hơi để rèn ($2 \times 10\text{ kW}$), 2 búa hơi ($2 \times 28\text{ kW}$), 3 lò rèn ($2 \times 4,5\text{ kW}$ và $1 \times 6\text{ kW}$), 1 dầm treo palăng điện ($4,8\text{ kW}$), 1 quạt ly tâm ($7\text{ kW}$), 1 lò điện ($15\text{ kW}$) và 2 máy biến áp hàn ($2 \times 2,2\text{ kW}$). Tổng số thiết bị $n = 12$; xác định được $n_{hq} = 7$, tra $K_{max} = 2,1$ (với $k_{sd} = 0,2$); dòng điện tính toán $I_{tt1} = 129,96\text{ A}$.
  • Nhóm 2 (Bộ phận nhiệt luyện và gia công): Gồm 1 lò điện hóa cứng kim loại ($90\text{ kW}$), 1 máy mài sắc ($3,6\text{ kW}$), 1 quạt thông gió ($2,5\text{ kW}$), 1 lò điện ($20\text{ kW}$), 1 máy ép ma sát ($10\text{ kW}$). Tổng công suất đặt $\sum P = 128,3\text{ kW}$; $n = 6, n_{hq} = 6, K_{max} = 2,24$.
  • Nhóm 3 (Bộ phận nhiệt luyện cao tần): Gồm 1 thiết bị tôi cao tần ($80\text{ kW}$), 1 thiết bị đo bi ($23\text{ kW}$), 1 lò điện ($30\text{ kW}$). Tổng công suất $\sum P = 133\text{ kW}$. Do số thiết bị $n = 3 \le 3$ và $n_{hq} < 4$, phụ tải tính toán lấy bằng tổng công suất định mức: $P_{tt3} = 133\text{ kW}$.
  • Nhóm 4 (Bộ phận nhiệt luyện và xử lý bề mặt): Gồm 3 lò điện ($36\text{ kW}, 30\text{ kW}, 30\text{ kW}$), 2 bể dầu ($4\text{ kW}, 3\text{ kW}$), 1 thiết bị tôi bánh răng ($18\text{ kW}$), 1 máy đo độ cứng ($0,25\text{ kW}$), 1 cầu trục palăng ($1,3\text{ kW}$). Tổng công suất $\sum P = 123,15\text{ kW}$; $n = 9, n_{hq} = 5,22, K_{max} = 2,42$.
  • Nhóm 5 (Bộ phận mộc, nén khí và thông gió): Gồm 1 máy nén khí ($45\text{ kW}$), 2 máy bào gỗ ($4,5\text{ kW}, 7\text{ kW}$), 1 máy cưa tròn ($4,5\text{ kW}$), 3 quạt thông gió ($12\text{ kW}, 9\text{ kW}, 18\text{ kW}$). Tổng công suất $\sum P = 109\text{ kW}$; $n = 9, n_{hq} = 7, K_{max} = 2,1$.

Tính toán phụ tải chiếu sáng phân xưởng với diện tích $1000\text{ m}^2$, chọn suất chiếu sáng $p_0 = 12\text{ W/m}^2$, suy ra $P_{cs} = 12\text{ kW}$.

Tổng hợp phụ tải toàn phân xưởng với hệ số đồng thời $k_{\text{đt}} = 0,95$:

  • Công suất tác dụng tính toán toàn xưởng: $P_{ttpx} = 341,2\text{ kW}$.
  • Công suất phản kháng tính toán toàn xưởng: $Q_{ttpx} = 453,82\text{ kVAr}$.
  • Công suất toàn phần tính toán toàn xưởng: $S_{ttpx} = 567,8\text{ kVA}$.
  • Hệ số công suất tự nhiên ban đầu của xưởng: $\cos\varphi_{px} = 0,75$.

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

Chương này tập trung lựa chọn sơ đồ mạng điện và tính chọn các phần tử dẫn điện, đóng cắt, bảo vệ cho phân xưởng:

  • Cấu trúc mạng điện: Sử dụng sơ đồ hình tia từ tủ phân phối chính ($\Pi P$) đến 5 tủ động lực ($\text{ĐL1} \div \text{ĐL5}$) và 1 tủ chiếu sáng. Tại mỗi tủ động lực, áp dụng sơ đồ hỗn hợp: thiết bị công suất lớn nhận điện trực tiếp từ thanh cái tủ động lực; các thiết bị công suất nhỏ ghép nhóm liên thông.
  • Lựa chọn tủ phân phối: Chọn tủ phân phối loại $\Pi P-9262$ do Liên Xô chế tạo, gồm 1 đầu vào và 6 đầu ra (5 lộ cấp cho tủ động lực, 1 lộ cấp cho tủ chiếu sáng).
  • Lựa chọn cáp nguồn từ trạm biến áp về tủ phân phối: Do dòng điện tính toán toàn xưởng lớn, tác giả chọn phân chia làm 5 nhánh cáp đồng hạ áp loại $5\text{PVC } (3\times 50 + 1\times 50)\text{ mm}^2$.
  • Lựa chọn cáp từ tủ phân phối đến các tủ động lực: Cáp đồng 4 lõi chôn ngầm dưới đất ($k_1 = k_2 = 1$). Tuyến cấp cho $\text{ĐL1}$ có $I_{tt} = 129,74\text{ A}$, chọn cáp đồng 4 lõi tiết diện $120\text{ mm}^2$ ($I_{cp} = 343\text{ A}$).
  • Lựa chọn dây dẫn và cầu chì bảo vệ cho từng máy: Toàn bộ dây dẫn từ tủ động lực đến động cơ sử dụng cáp đồng 4 lõi vỏ PVC mã hiệu $\Pi PTO$ luồn trong ống thép bảo vệ đường kính $3/4''$ chôn ngầm dưới sàn nhà xưởng ($k_1 = 1, k_2 = 0,85$). Dòng định mức dây chảy cầu chì ($I_{dc}$) và tiết diện dây dẫn được chọn lựa chi tiết cho từng máy công cụ.

Chương 3: Tính bù công suất phản kháng

Chương 3 giải quyết bài toán nâng cao hiệu quả sử dụng điện và giảm tổn thất điện năng:

  • Phân tích tổn thất điện năng trong hệ thống: Mạng điện hạ áp xí nghiệp ($0,1 \div 10\text{ kV}$) chiếm tỷ trọng tổn thất điện năng lớn nhất trong toàn bộ hệ thống điện, lên tới $64,4%$ (trong đó tổn thất trên đường dây chiếm $47,8%$ và trong máy biến áp chiếm $16,6%$).
  • Đánh giá các giải pháp nâng cao $\cos\varphi$: Phân tích ưu tiên các biện pháp nâng cao hệ số công suất tự nhiên (thay thế động cơ không đồng bộ non tải bằng động cơ nhỏ hơn, đổi nối dây quấn stato từ tam giác sang sao, hạn chế chạy không tải, điều chỉnh đầu phân áp máy biến áp).
  • So sánh thiết bị bù: Đồ án so sánh giữa tụ điện tĩnh và máy bù đồng bộ. Tụ điện tĩnh được lựa chọn do tổn thất công suất tác dụng thấp ($0,3 \div 0,5%$ công suất định mức so với $1,33 \div 3,2%$ của máy bù đồng bộ), chi phí đầu tư trên mỗi kVA thấp, vận hành tĩnh không gây ồn và không có bộ phận chuyển động.
  • Tính toán dung lượng bù: Với phụ tải $P_{ttpx} = 341,2\text{ kW}$, nâng hệ số công suất từ $\cos\varphi_1 = 0,75$ ($\text{tg}\varphi_1 = 0,88$) lên $\cos\varphi_2 = 0,95$ ($\text{tg}\varphi_2 = 0,33$), hệ số tính đến khả năng nâng tự nhiên $\alpha = 0,9$. Dung lượng bù cần thiết được tính toán và lựa chọn lắp đặt bộ tụ điện hạ áp 3 pha loại KC2-0,38-40-3Y1 ($0,38\text{ kV}$, công suất mỗi bình $Q_b = 40\text{ kVAr}$) với số lượng 4 bình (tổng dung lượng bù $160\text{ kVAr}$) đặt tại thanh cái tủ phân phối hạ áp.

Thiết kế và triển khai hệ thống cung cấp điện

Đồ án triển khai chi tiết cấu trúc mạng điện kỹ thuật từ nguồn trung gian về đến từng đầu cực phụ tải trong phân xưởng cơ khí:

Cấu trúc kết nối và sơ đồ cung cấp điện

  1. Nguồn cấp và trạm biến áp: Nguồn điện được lấy từ phân đoạn thanh áp trung gian $35\text{ kV}$, qua trạm biến áp phân xưởng công suất $630\text{ kVA}$ ($I_{xg} = 957\text{ A}$).
  2. Hệ thống phân phối hạ áp:
    • Tủ phân phối tổng $\Pi P-9262$ đặt tại đầu vào phân xưởng, liên kết với trạm biến áp qua 5 nhánh cáp $5\text{PVC } (3\times 50 + 1\times 50)\text{ mm}^2$.
    • Mạng phân phối hình tia gồm 5 xuất tuyến cáp ngầm $120\text{ mm}^2$ đi đến 5 tủ động lực ($\text{ĐL1} \div \text{ĐL5}$) và 1 xuất tuyến cấp cho tủ chiếu sáng $12\text{ kW}$.
    • Tủ tụ bù cos$\varphi$ được đấu nối trực tiếp vào thanh cái hạ áp của tủ phân phối chính qua aptomat đóng cắt riêng biệt.

Thông số lựa chọn dây dẫn và thiết bị bảo vệ các phụ tải tiêu biểu

Bảng dưới đây tổng hợp kết quả tính chọn dây dẫn cáp $\Pi PTO$ luồn ống thép $3/4''$ và cầu chì bảo vệ cho một số thiết bị máy móc điển hình theo số liệu tính toán trong đồ án:

Tên thiết bị Nhóm phụ tải Công suất $P$ (kW) Dòng định mức $I_{\text{đm}}$ (A) Mã hiệu dây dẫn Tiết diện dây ($mm^2$) Mã hiệu ống thép Dòng bảo vệ cầu chì $I_{vo}/I_{dc}$ (A)
Búa hơi để rèn Nhóm 1 10 25,60 $\Pi PTO$ 2,5 $3/4''$ 45/60
Quạt ly tâm Nhóm 1 7 17,72 $\Pi PTO$ 2,5 $3/4''$ 45/60
Dầm treo palăng điện Nhóm 1 4,8 4,98 $\Pi PTO$ 4,0 $3/4''$ 100/200
Lò điện hóa cứng kim loại Nhóm 2 90 227,90 $\Pi PTO$ 95,0 $3/4''$ 500/600
Máy mài sắc Nhóm 2 3,6 3,10 $\Pi PTO$ 2,5 $3/4''$ 45/60
Máy ép ma sát Nhóm 2 10 25,32 $\Pi PTO$ 2,5 $3/4''$ 100/200
Thiết bị tôi cao tần Nhóm 3 80 202,60 $\Pi PTO$ 95,0 $3/4''$ 430/600
Thiết bị đo bi Nhóm 3 23 58,96 $\Pi PTO$ 10,0 $3/4''$ 160/200
Lò điện Nhóm 4 36 91,16 $\Pi PTO$ 16,0 $3/4''$ 200/350
Lò điện để rèn Nhóm 4 30 75,96 $\Pi PTO$ 10,0 $3/4''$ 160/200
Bể dầu Nhóm 4 4 10,13 $\Pi PTO$ 2,5 $3/4''$ 100/200
Thiết bị tôi bánh răng Nhóm 4 18 63,30 $\Pi PTO$ 10,0 $3/4''$ 160/200
Máy nén khí Nhóm 5 45 113,95 $\Pi PTO$ 16,0 $3/4''$ 260/350
Máy cưa tròn Nhóm 5 4,5 4,39 $\Pi PTO$ 2,5 $3/4''$ 45/60
Quạt gió số 14 Nhóm 5 18 45,58 $\Pi PTO$ 4,0 $3/4''$ 100/200

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán chính

  • Xác định chính xác phụ tải toàn xưởng: Tính toán phân nhóm cho 50 thiết bị, tổng hợp phụ tải tác dụng đạt $P_{ttpx} = 341,2\text{ kW}$, phụ tải phản kháng $Q_{ttpx} = 453,82\text{ kVAr}$, công suất biểu kiến $S_{ttpx} = 567,8\text{ kVA}$.
  • Hệ thống phân phối điện hoàn chỉnh: Lựa chọn thành công tủ phân phối chính $\Pi P-9262$ cấp cho 5 tủ động lực; tính toán tiết diện cáp ngầm $120\text{ mm}^2$ cho các lộ tủ động lực và hệ thống cáp $\Pi PTO$ (tiết diện từ $2,5\text{ mm}^2$ đến $95\text{ mm}^2$) luồn ống thép $3/4''$ chôn ngầm cho từng động cơ.
  • Nâng cao hệ số công suất mạng điện: Tính toán lắp đặt 4 bình tụ bù tĩnh KC2-0,38-40-3Y1 ($Q_b = 40\text{ kVAr}$/bình, tổng công suất bù $160\text{ kVAr}$), giúp nâng hệ số công suất phân xưởng từ $\cos\varphi = 0,75$ lên $\cos\varphi = 0,95$, đáp ứng tiêu chuẩn vận hành kinh tế và giảm tổn thất trên đường dây.

Đóng góp kỹ thuật và giải pháp đề xuất

  • Giải pháp bố trí mạng hình tia kết hợp liên thông: Đề xuất mô hình cấp điện hình tia từ tủ phân phối đến tủ động lực nhằm tăng tính độc lập khi vận hành và sửa chữa; đồng thời kết hợp liên thông các phụ tải công suất nhỏ giúp tiết kiệm chi phí cáp và giảm số lộ đóng cắt trên tủ.
  • Phân tích chi tiết tổn thất theo cấp điện áp: Cung cấp bảng dữ liệu phân tích định lượng về tổn thất điện năng trong hệ thống điện công nghiệp:
Cấp điện áp mạng điện Tổn thất trên đường dây (%) Tổn thất trong máy biến áp (%) Tổng tổn thất điện năng (%)
Mạng cao áp $U \ge 110\text{ kV}$ 13,3 12,4 25,7
Mạng trung áp $U = 35\text{ kV}$ 6,9 3,0 9,9
Mạng hạ áp $U = 0,1 \div 10\text{ kV}$ 47,8 16,6 64,4
Tổng cộng toàn hệ thống 68,0 32,0 100,0

Bảng số liệu chứng minh rằng mạng hạ áp $0,1 \div 10\text{ kV}$ chiếm tới $64,4%$ tổng tổn thất điện năng của hệ thống, khẳng định tính cấp thiết của việc lắp đặt tụ bù tĩnh hạ áp ngay tại tủ phân phối phân xưởng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế trong phạm vi tính toán:
    • Do quy ước xưởng đặt cách xa trạm biến áp và khuôn khổ đồ án tập trung vào thiết kế mạng hạ áp nội bộ, tác giả không thực hiện bước tính toán dòng ngắn mạch để kiểm tra độ bền nhiệt và độ bền điện động của thanh cái, aptomat và cáp điện.
    • Các thông số tra cứu phụ tải tính toán ($K_{sd}, K_{max}$) và bảng tra thiết bị điện chủ yếu dựa trên các quy chuẩn, sổ tay thiết kế thiết bị xuất xứ Liên Xô cũ, chưa cập nhật so sánh với các dòng khí cụ điện và tiêu chuẩn IEC hiện đại.
    • Chưa đi sâu tính toán kinh tế - tài chính chi tiết (tổng mức đầu tư thiết bị, thời gian thu hồi vốn của hệ sinh tụ bù).
  • Hướng phát triển mở rộng:
    • Bổ sung thuật toán tính ngắn mạch tại các điểm nút trên thanh cái tủ phân phối và các tủ động lực để kiểm tra khả năng cắt ngắn mạch của aptomat.
    • Thiết kế hệ thống tự động điều khiển đóng cắt tụ bù theo nhiều cấp dung lượng dựa trên thông số tải thực tế theo thời gian thực (thay vì bù cố định).

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo thiết thực cho sinh viên các ngành Kỹ thuật Điện, Điện Tự động công nghiệp, Hệ thống điện khi thực hiện đồ án môn học hoặc đồ án tốt nghiệp thiết kế cung cấp điện công nghiệp.

Các nội dung có giá trị tham khảo cụ thể bao gồm:

  1. Phương pháp phân nhóm phụ tải thực tế: Quy trình 4 bước phân nhóm thiết bị công nghiệp cơ khí và phương pháp tra cứu hệ số $n_{hq}, K_{max}$ từ số liệu công suất đặt.
  2. Quy trình tính chọn khí cụ bảo vệ và dây dẫn: Trình tự tính toán dòng làm việc, kiểm tra điều kiện phát nóng, điều kiện mở máy và kiểm tra phối hợp bảo vệ giữa dây dẫn với cầu chì hạ áp.
  3. Bài toán thiết kế tụ bù hạ áp: Phương pháp tính chọn công suất phản kháng cần bù để đạt hệ số công suất định mức $\cos\varphi = 0,95$ và phân tích định lượng cơ cấu tổn thất điện năng trong xí nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

1. Phụ tải tính toán toàn phân xưởng cơ khí trong đồ án đạt giá trị bao nhiêu và hệ số công suất ban đầu là bao nhiêu?
Phụ tải tính toán tác dụng toàn xưởng là $P_{ttpx} = 341,2\text{ kW}$, phụ tải phản kháng $Q_{ttpx} = 453,82\text{ kVAr}$, phụ tải biểu kiến $S_{ttpx} = 567,8\text{ kVA}$. Hệ số công suất tự nhiên ban đầu của xưởng khi chưa lắp thiết bị bù là $\cos\varphi = 0,75$.

2. Tại sao mạng điện trong phân xưởng chiếm tỷ trọng tổn thất điện năng cao nhất trong toàn hệ thống?
Theo số liệu thống kê trong đồ án, mạng điện hạ áp xí nghiệp ($0,1 \div 10\text{ kV}$) chiếm tới $64,4%$ tổng tổn thất điện năng toàn hệ thống (đường dây chiếm $47,8%$, máy biến áp chiếm $16,6%$). Nguyên nhân do mạng điện xí nghiệp vận hành ở cấp điện áp thấp, chiều dài đường dây phân tán kéo đến từng động cơ lớn dẫn đến mật độ dòng điện cao và tổn thất năng lượng lớn.

3. Tác giả đã lựa chọn giải pháp và thiết bị nào để nâng cao hệ số công suất của phân xưởng?
Tác giả lựa chọn phương pháp bù tĩnh bằng tụ điện 3 pha đặt tại thanh cái hạ áp của tủ phân phối chính. Thiết bị được chọn là 4 bình tụ điện hạ áp loại KC2-0,38-40-3Y1 ($0,38\text{ kV}$, dung lượng mỗi bình $Q_b = 40\text{ kVAr}$), nâng hệ số công suất của phân xưởng từ $0,75$ lên $0,95$.

4. Dây dẫn từ các tủ động lực đến động cơ máy công cụ được thiết kế và bảo vệ theo phương án nào?
Toàn bộ dây dẫn cấp nguồn cho động cơ sử dụng cáp đồng 4 lõi cách điện PVC mã hiệu $\Pi PTO$ luồn trong ống thép đường kính $3/4''$ chôn ngầm dưới nền phân xưởng. Thiết bị bảo vệ ngắn mạch và quá tải tại các tủ động lực là cầu chì hạ thế được tính chọn theo điều kiện làm việc lâu dài, điều kiện mở máy ($k_{mm} = 5, \alpha = 2,5$) và điều kiện chọn lọc ít nhất 2 cấp định mức so với cầu chì tổng.

5. Vì sao đồ án không thực hiện tính toán dòng ngắn mạch để kiểm tra khí cụ điện?
Theo thuyết minh đồ án tại Chương 2, do phân xưởng sửa chữa cơ khí được quy ước đặt cách xa trạm biến áp trung gian, nên đồ án tập trung giải quyết bài toán lựa chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng và phối hợp bảo vệ, giản lược phần tính toán dòng ngắn mạch kiểm tra cáp và aptomat.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Văn Hiệp đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế cung cấp điện hạ áp cho phân xưởng sửa chữa cơ khí diện tích $1000\text{ m}^2$. Nghiên cứu đã xác lập quy trình tính toán phụ tải thông qua phương pháp công suất trung bình và số thiết bị hiệu quả, thiết kế mạng phân phối hình tia kết hợp liên thông và lựa chọn đồng bộ hệ thống dây cáp $\Pi PTO$, tủ phân phối $\Pi P-9262$ cùng khí cụ bảo vệ cầu chì/aptomat. Đồng thời, giải pháp lắp đặt 4 bình tụ bù tĩnh KC2-0,38-40-3Y1 ($160\text{ kVAr}$) đã nâng hệ số công suất phân xưởng từ $0,75$ lên $0,95$, mang lại hiệu quả kỹ thuật rõ rệt trong việc giảm tổn thất điện năng và ổn định điện áp vận hành.