Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Hệ Thống Cung Cấp Điện Cho Xưởng Cơ Khí Tân Tiến

Bài viết hướng dẫn chi tiết thiết kế cung cấp điện cho xưởng cơ khí hiện đại, đảm bảo an toàn, hiệu quả trong quá trình vận hành sản xuất.

• Tác giả: Phan Văn Toàn
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Văn Dương
• Trường học: Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng
• Chuyên ngành: Điện tự động công nghiệp
• Đề tài: Thiết kế cung cấp điện cho xưởng cơ khí Tân Tiến
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hải Phòng

Tóm tắt

I. Giới thiệu về thiết kế cung cấp điện

Thiết kế cung cấp điện cho xưởng cơ khí hiện đại là một nhiệm vụ quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động hiệu quả của các thiết bị và máy móc. Cung cấp điện không chỉ đơn thuần là việc lắp đặt hệ thống điện mà còn bao gồm việc tính toán và thiết kế sao cho phù hợp với nhu cầu sử dụng. Đặc biệt, trong bối cảnh công nghiệp hiện đại, việc tối ưu hóa hệ thống điện là cần thiết để tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu tổn thất. Theo đó, việc áp dụng các công nghệ mới trong thiết kế điện sẽ giúp nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

1.1. Tầm quan trọng của việc cung cấp điện

Điện năng là nguồn năng lượng chính cho các hoạt động sản xuất trong xưởng cơ khí. Việc thiết kế một hệ thống cung cấp điện hiệu quả không chỉ đảm bảo hoạt động liên tục mà còn giúp giảm thiểu chi phí vận hành. Hệ thống điện cần được thiết kế sao cho có thể đáp ứng được nhu cầu sử dụng trong từng giai đoạn sản xuất, từ đó nâng cao năng suất lao động. Theo nghiên cứu, một hệ thống điện được thiết kế hợp lý có thể tiết kiệm đến 20% chi phí năng lượng hàng năm.

II. Các phương pháp xác định phụ tải tính toán

Xác định phụ tải tính toán là bước quan trọng trong thiết kế cung cấp điện. Có nhiều phương pháp khác nhau để xác định phụ tải, bao gồm xác định theo công suất đặt, công suất trung bình, và suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị sản phẩm. Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp sẽ giúp đảm bảo tính chính xác trong thiết kế. Việc xác định chính xác phụ tải sẽ giúp tối ưu hóa hệ thống điện, từ đó nâng cao hiệu suất và giảm thiểu tổn thất điện năng.

2.1. Xác định phụ tải theo công suất đặt

Phương pháp xác định phụ tải theo công suất đặt là phương pháp phổ biến nhất. Phương pháp này dựa trên công suất tối đa mà các thiết bị có thể tiêu thụ. Việc sử dụng hệ số nhu cầu và hệ số công suất sẽ giúp tính toán chính xác hơn. Theo đó, phụ tải tính toán được xác định bằng công thức: Ptt = Knc * Pđm, trong đó Knc là hệ số nhu cầu. Phương pháp này thường được áp dụng trong các xưởng cơ khí có thiết kế rõ ràng và đã có số liệu thống kê về công suất.

III. Thiết kế mạng hạ áp cho phân xưởng cơ khí

Thiết kế mạng hạ áp là một phần quan trọng trong thiết kế cung cấp điện cho xưởng cơ khí. Mạng hạ áp cần được thiết kế sao cho đảm bảo an toàn và hiệu quả trong việc phân phối điện năng. Việc lựa chọn các thiết bị như aptomat, cáp điện, và tủ phân phối cần phải dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật và yêu cầu thực tế của hệ thống điện. Một mạng hạ áp được thiết kế tốt sẽ giúp giảm thiểu tổn thất điện năng và đảm bảo cung cấp điện ổn định cho các thiết bị trong xưởng.

3.1. Lựa chọn thiết bị cho mạng hạ áp

Việc lựa chọn thiết bị cho mạng hạ áp cần phải dựa trên các tiêu chí như công suất, độ tin cậy và khả năng chịu tải. Các thiết bị như aptomat và cầu chì cần được lựa chọn sao cho phù hợp với công suất tiêu thụ của các thiết bị trong xưởng cơ khí. Ngoài ra, việc lựa chọn cáp điện cũng cần phải đảm bảo khả năng dẫn điện tốt và độ bền cao. Theo tiêu chuẩn, cáp điện cần có khả năng chịu nhiệt và độ ẩm cao để đảm bảo an toàn trong quá trình sử dụng.

IV. Tính bù công suất phản kháng

Tính bù công suất phản kháng là một phần không thể thiếu trong thiết kế cung cấp điện cho xưởng cơ khí. Việc bù công suất phản kháng giúp nâng cao hệ số công suất, từ đó giảm thiểu tổn thất điện năng và cải thiện hiệu suất của hệ thống điện. Các biện pháp bù công suất phản kháng có thể bao gồm việc sử dụng tụ bù hoặc các thiết bị bù khác. Việc lựa chọn phương pháp bù phù hợp sẽ giúp tối ưu hóa hoạt động của hệ thống điện và đảm bảo cung cấp điện ổn định cho các thiết bị trong xưởng.

4.1. Ý nghĩa của việc bù công suất phản kháng

Bù công suất phản kháng có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất của hệ thống điện. Việc nâng cao hệ số cosφ không chỉ giúp giảm thiểu tổn thất điện năng mà còn giúp cải thiện chất lượng điện năng. Theo nghiên cứu, việc bù công suất phản kháng có thể giúp tiết kiệm đến 10% chi phí điện năng hàng năm cho các xưởng cơ khí. Điều này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường thông qua việc giảm thiểu lượng điện tiêu thụ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN 1.1KHÁI QUÁT CHUNG. Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi tương đương với phụ tải biến đổi về mặt hiệu ứng nhiệt độ khi dòng lớn. Phụ tải tính toán cũng làm nóng chảy dây dẫn lên nhiệt độ bằng nhiệt độ lớn nhất do phụ tải thực tế gây nên do đó nếu lựa chọn các thiết bị theo phụ tải tính toán sẽ đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN.1Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu.

Phương pháp này sử dụng khi đã có thiết kế nhà xưởng của xí nghiệp, lúc này chỉ biết duy nhất công suất đặt của từng phân xưởng. Phụ tải động lực tính toán của mỗi phân xưởng: Ptt = Knc.2) Trong đó: Knc - Hệ số nhu cầu, tra sổ tay kĩ thuật theo số liệu thống kê của các xí nghiệp, phân xưởng tương ứng. cosφ - Hệ số công suất tính toán, tra sổ tay kĩ thuật sau đó rút ra tgφ. Phụ tải chiếu sáng được tính theo suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích: Pcs = po.3) Trong đó: po - suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích (W/m2).

S - Diện tích cần được chiếu sáng (m2). Phụ tải tính toán toàn phần của mỗi phân xưởng: 𝑆𝑡𝑡 = √(𝑃𝑡𝑡 + 𝑃𝑐𝑠 )2 + (𝑄𝑡𝑡 + 𝑄𝑐𝑠 )2 (1.4) Phụ tải tính toán xí nghiệp xác định bằng cách lấy tổng phụ tải các phân xưởng có kể đến hệ số đồng thời: PtXNi = Kdt ∑𝑛1 𝑃𝑡𝑡𝑝𝑥𝑖 = Kdt ∑𝑛1( 𝑃𝑡𝑡𝑖 + 𝑃𝑐𝑠𝑖 ) ( 1.5 ) QttXN = Kdt ∑𝑛1 𝑄𝑡𝑡𝑝𝑥𝑖 = Kdt ∑𝑛1( 𝑄𝑡𝑡𝑖 + 𝑄𝑐𝑠𝑖 ) ( 1.8 ) 𝑆𝑡𝑡𝑋𝑁 Kđt - Hệ số đồng thời, xét khả năng phụ tải của phân xưởng không đồng thời cực đại: Kđt = 0,9 ÷ 0,95 khi số phân xưởng n = 2 ÷ 4. Kđt = 0,8 ÷ 0,85 khi số phân xưởng là n = 5 ÷ 10.Xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình. Sau khi xí nghiệp có thiết kế chi tiết cho từng phân xưởng, ta đã có thông tin chính xác về mặt bằng bố trí máy móc, thiết bị, biết được công suất và quá trình công nghệ của từng thiết bị, người thiết kế bắt tay vào thiết kế mạng hạ áp cho phân xưởng.

Công suất tính toán của từng động cơ và của từng nhóm động cơ trong phân xưởng. Với một động cơ: Ptt = Pđm Với nhóm động cơ n ≤ 3; Ptt = ∑𝑛1 𝑃𝑑𝑚𝑖 (1.9) Với n ≥ 4 phụ tải tính toán của nhóm động cơ xác định theo công thức: Ptt = kma. ksd ∑𝑛1 𝑃𝑑𝑚𝑖 Trong đó; ksd - hệ số sử dụng của nhóm thiết bị. kmax - hệ số cực đại.

nhq - số thiết bị dùng điện hiệu quả. Trình tự xác định nhq như sau: ▪ Xác định n1 - số thiết bị có công suất lớn hơn hay bằng một nửa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất. ▪ Xác định P1 – công suất của n1 thiết bị nói trên: 𝑛 P1 = ∑1 1 𝑃𝑑𝑚𝑖 (1.10) 𝑛 𝑃 ▪ Xác định n*= 𝑛1 , P*= 𝑃Σ1 Trong đó; n - Tổng số thiết bị trong nhóm. P∑ - Tổng công suất của nhóm.11) ▪ Từ n*, P* tra bảng được nhq* [PL-3] ▪ Xác định nhq theo công thức: nhq = n.

nhq* Bảng tra Kmax chỉ bắt đầu từ nhq = 4 [PL-4], khi nhq < 4 phụ tải tính toán được xác định theo công thức: Ptt = ∑𝑛1 𝑘𝑡𝑡.12) kti – hệ số tải. 3 Nếu không biết chính xác, có thể lấy trị số gần đúng như sau: kt = 0,9 với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn. kt = 0,75 với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. Phụ tải tính toán toàn phân xưởng với n nhóm: Pttpx = kdt .Xác định PTTT theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích.

Phương pháp này dùng trong thiết kế sơ bộ, dùng để tính phụ tải các phân xưởng có mật độ máy móc sản xuất phân bố tương đối đều như: phân xưởng gia công cơ khí, dệt, sản xuất ôtô…. Ptt=p0*F Trong đó; po: suất phụ tải trên một đơn vị diện tích (W/m2). F: diện tích nhà xưởng (m2).Xác định PTTT theo suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị sản phẩm. Phương pháp này dùng để tính toán thiết bị điện có đồ thị phụ tải ít biến đổi như: quạt gió, bơm nước,máy nén khí… khi đó phụ tải tính toán gần bằng phụ tải trung bình và kết quả tương đối chính xác.

𝑊𝑜 𝑃𝑡𝑡 = 𝑇𝑚𝑎𝑥 Trong đó M: Số lượng sản phẩm sản xuất ra trong một năm. Wo: Suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị sản phẩm (kWh/sp). Tmax: Thời gian sử dụng công suất cực đại (h). Tóm lại, các phương pháp trên đều có những ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng khác nhau.

Vì vậy tuỳ theo giai đoạn thiết kế, tuỳ theo yêu cầu cụ thể mà chọn phương pháp tính cho thích hợp.XÁC ĐỊNH PTTT CỦA PHÂN XƯỞNG CƠ KHÍ.Phụ tải tính toán của phân xưởng cơ khí. Trong phân xưởng cơ khí chuyên sản xuất các loại bánh răng, hộp số, hộp tốc độ, chi tiết máy. do đó trong xưởng có nhiều nhóm máy như: máy tiện, máy phay, máy doa, máy khoan,.1: Phụ tải điện của phân xưởng cơ khí. STT Tên máy Số lượng Công suất Bộ phận rèn 1 Búa hơi để rèn 2 10 2 Búa hơi để rèn 2 28 3 Lò rèn 2 4.5 4 Lò rèn 1 6 5 Quạt gió 1 2.6 6 Quạt thông gió 1 2.5 8 Máy ép ma sát 1 10 9 Lò điện 1 15 11 Dầm treo có palăng điện 1 4.2 13 Quạt ly tâm 1 7 17 Máy biến áp 2 2.2 Bộ phận nhiệt luyện 18 Lò chạy bằng điện 1 30 10 Lò điện để hóa cứng linh kiện 1 90 20 Lò điện 1 30 21 Lò điện để rèn 1 30 22 Lò điện 1 36 23 Lò điện 1 20 24 Bể dầu 1 4 25 Thiết bị để tôi bánh răng 1 18 11 7 26 Bể dầu có tăng nhiệt 1 3 28 Máy đo độ cứng đầu côn 1 0.25 33 Cầu trục có palăng điện 1 1.3 34 Thiết bị tôi cao tần 1 80 37 Thiết bị đo bi 1 23 40 Máy nén khí 1 45 Bộ phận mộc 41 Máy bào gỗ 1 7 42 Máy khoan đứng 1 3.5 47 Máy cưa tròn 1 7 Bộ phận quạt gió 48 Quạt gió 1 9 49 Quạt gió số 9 1 12 50 Quạt gió số 14 1 18 11 8 1.Phân nhóm phụ tải.

Để phân nhóm phụ tải ta dựa vào nguyên tắc sau: •Các thiết bị trong 1 nhóm phải có vị trí gần nhau trên mặt bằng (điều này sẽ thuận tiện cho việc đi dây tránh chồng chéo, giảm tổn thất.) Các thiết bị trong nhóm có cùng chế độ làm việc ( điều này sẽ thuận tiện cho việc tính toán và cung cấp điện sau này, ví dụ nếu nhóm thiết bị có cùng chế độ làm việc, tức có cùng đồ thị phụ tải vậy ta có thể tra chung được ksd , knc , 𝑐𝑜𝑠𝜑. và nếu chúng có cùng công suất nữa thì số thiết bị điện hiệu quả sẽ đúng bằng số thiết bị thực tế vì vậy việc xác định phụ tải cho các nhóm thiết bị này sẽ rất dễ dàng.) •Các thiết bị trong các nhóm nên được phân bổ để tổng công suất của cá nhóm ít chênh lệch nhất ( điều này nếu thực hiện được sẽ tạo ra tính đồng loạt cho các trang thiết bị cung cấp điện. Ví dụ trong phân xưởng chỉ tồn tại một loại tủ động lực và như vậy thì nó sẽ kéo theo là các đường cáp cung cấp điện cho chúng cùng các trang thiết bị bảo vệ cũng sẽ được đồng loạt hóa, tạo điều kiện cho việc lắp đặt nhanh kể cả việc quản lý sửa chữa, thay thế và dự trữ sau này rất thuận lợi…). •Ngoài ra số thiết bị trong cùng một nhóm cũng không nên quá nhiều vì số lộ ra của một tủ động lực cũng bị khống chế ( thông thường số lộ ra lớn nhất của các tủ động lực được chế tạo sẵn cũng không quá 8 ).

Tất nhiên điều này cũng không có nghĩa là số thiết bị trong mỗi nhóm không nên quá 8 thiết bị. Vì 1 lộ ra từ tủ động lực có thể chỉ đi đến 1 thiết bị, nhưng nó có thể được kéo móc xích đến vài thiết bị ( nhất là khi các thiết bị đó có công suất nhỏ và không yêu cầu cao về độ tin cậy cung cấp điện ). Tuy nhiên khi số thiết bị của 1 nhóm quá nhiều cũng sẽ làm phức tạp hóa trong vận hành và làm giảm độ tin cậy cung cấp điện cho từng thiết bị. Ngoài ra các thiết bị đôi khi còn được nhóm lại theo các yêu cầu riêng của việc quản lý hành chính hoặc quản lý hoạch toán riêng biệt của từng bộ phận trong phân xưởng .Dựa theo nguyên tắc phân nhóm phụ tải điện đã nêu trên và căn cứ vào vị trí, công suất thiết bị bố trí trên mặt bằng phân xưởng có thể chia ra các thiết bị trong phân xưởng cơ khí thành các nhóm phụ tải.

Kết quả phân nhóm được tổng kết trong bảng 11 9 Bảng 1. Tổng hợp kết quả phân nhóm phụ tải điện STT Tên thiết bị SL KHMB Công suất Nhóm 1 1 Búa hơi để rèn 2 1 2*10 2 Búa hơi để rèn 2 2 2*28 3 Lò rèn 2 3 2*4.5 4 Lò rèn 1 4 6 5 Dầm treo có palăng điện 1 11 4.8 6 Quạt ly tâm 1 13 7 7 Lò điện 1 9 15 8 Máy biến áp 2 17 2*2.2 Nhóm 2 1 Lò điện 1 20 30 2 Máy mài sắc 2 12 2*3.6 4 Quạt thông gió 1 6 2.5 5 Lò điện 1 23 20 6 Máy ép ma sát 1 8 10 Cộng nhóm 2 8 74.1 Nhóm 3 1 Thiết bị tôi cao tần 1 34 60 2 Thiết bị đo bi 1 37 23 11 10 3 Lò điện để hóa cứng kim 1 10 60 loại Cộng nhóm 3 3 143 Nhóm 4 1 Lò điện 1 22 36 2 Lò điện để rèn 1 21 30 3 Lò chạy bằng điện 1 18 30 4 Bể dầu 1 24 4 5 Thiết bị để tôi bánh răng 1 25 18 6 Máy đo độ cứng đầu côn 1 28 0.25 8 Cầu trục có palăng điện 1 33 1.3 9 Bể dầu có tăng nhiệt 1 26 3 Cộng nhóm 4 9 123.15 11 11 Nhóm 5 1 Máy nén khí 1 40 45 2 Máy bào gỗ 1 41 4.5 5 Máy bào gỗ 1 46 7 6 Máy cưa tròn 1 47 4.