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 công nghiệp sản xuất, đồng thời là điều kiện tiên quyết phục vụ phát triển hạ tầng và chuyển dịch cơ cấu kinh tế. Quá trình chuyển đổi từ sản xuất thủ công sang cơ giới hóa đòi hỏi hệ thống cấp điện trong các nhà máy, xí nghiệp phải được đầu tư và nâng cấp đồng bộ, đảm bảo cấp điện liên tục, an toàn và có hiệu quả kinh tế cao. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, đồ án tốt nghiệp ngành Điện Tự Động Công Nghiệp tại Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng thực hiện đề tài "Thiết kế cung cấp điện cho xưởng cơ khí Tân Tiến".

Mục tiêu nghiên cứu và nhiệm vụ trọng tâm của đồ án bao gồm:

  1. Xác định chính xác phụ tải tính toán động lực cho từng nhóm thiết bị công nghệ và phụ tải chiếu sáng của toàn phân xưởng cơ khí.
  2. Thiết kế cấu trúc mạng điện hạ áp hoàn chỉnh, bao gồm việc lựa chọn sơ đồ nối dây, tính chọn các thiết bị phân phối, dây dẫn, cáp ngầm và thiết bị đóng cắt - bảo vệ (aptomat, cầu chì).
  3. Đề xuất và tính toán giải pháp bù công suất phản kháng nhằm nâng cao hệ số công suất của mạng điện phân xưởng, đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật điện lực.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống cung cấp điện hạ áp phục vụ dây chuyền công nghệ gia công cơ khí của xưởng cơ khí Tân Tiến, nơi chuyên sản xuất bánh răng, hộp số, hộp tốc độ và các chi tiết máy.
  • Phạm vi không gian: Mặt bằng nhà xưởng có kích thước $a \times b \times H$ là $24\text{ m} \times 36\text{ m} \times 3,7\text{ m}$ (diện tích xây dựng khoảng $1000\text{ m}^2$). Điểm đấu nối nguồn điện cách nhà xưởng cự ly $L = 150\text{ m}$.
  • Phạm vi thời gian và giới hạn kỹ thuật: Nghiên cứu thực hiện năm 2021; thời gian sử dụng công suất cực đại hàng năm $T_M = 4500\text{ h}$; công suất ngắn mạch tại điểm đấu điện $S_k = 7,64\text{ MVA}$; thời gian duy trì dòng ngắn mạch $t_k = 2,5\text{ s}$; tổn thất điện áp cho phép $\Delta U_{cp} = 3,5%$; hệ số công suất cần đạt sau khi bù là $\cos\varphi = 0,9$.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán

Hệ thống tính toán trong đồ án được xây dựng dựa trên các lý thuyết và tiêu chuẩn thiết kế cung cấp điện công nghiệp, kết hợp hệ thống số liệu tra cứu từ sổ tay kỹ thuật chuyên ngành:

  • Cơ sở lý thuyết xác định phụ tải tính toán: Phụ tải tính toán là trị số giả thiết không đổi, có tác động nhiệt tương đương với phụ tải biến đổi thực tế lớn nhất, giúp đảm bảo thiết bị vận hành an toàn không bị quá nhiệt. Đồ án hệ thống hóa 4 phương pháp tính toán cơ bản:

    1. Phương pháp công suất đặt và hệ số nhu cầu: Áp dụng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ khi chỉ biết công suất đặt của xí nghiệp ($P_{tt} = K_{nc} \cdot P_d$).
    2. Phương pháp công suất trung bình kết hợp hệ số cực đại: Áp dụng khi đã có thiết kế chi tiết mặt bằng công nghệ ($P_{tt} = K_{max} \cdot K_{sd} \cdot \sum P_{dm}$), xác định thông qua số thiết bị sử dụng điện hiệu quả $n_{hq}$ dựa trên tỷ số công suất $P^$ và số lượng máy $n^$.
    3. Phương pháp suất phụ tải trên một đơn vị diện tích: $P_{tt} = p_0 \cdot F$, dùng để ước tính cho các phân xưởng có mật độ phân bố máy đều.
    4. Phương pháp suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị sản phẩm: $P_{tt} = \frac{M \cdot W_0}{T_{max}}$, sử dụng cho các thiết bị vận hành liên tục, tải ổn định như quạt gió, bơm nước, máy nén khí.

  • Cơ sở thiết kế chiếu sáng: Áp dụng phương pháp hệ số sử dụng (tính toán theo tổng quang thông) kết hợp phương pháp suất công suất trên đơn vị diện tích. Độ rọi yêu cầu được chọn theo tiêu chuẩn thị giác cho xưởng gia công cơ khí là $E_{yc} = 100\text{ lux}$, độ dao động điện áp giới hạn $\Delta U_{cf} = \pm 2,5% U_{dm}$, hệ số dự trữ chiếu sáng $\delta_{dt} = 1,2$, và tỷ lệ bố trí đèn trên độ cao treo đèn $h/L = 1,8$.

  • Phương pháp nghiên cứu và tính chọn thiết bị:

    • Phương pháp phân tích và nhóm phụ tải: Gom cụm 31 loại máy công cụ thành 5 nhóm dựa trên nguyên tắc gần nhau về mặt bằng địa lý, tương đồng về chế độ vận hành (tải liên tục, ngắn hạn lặp lại), và cân đối công suất giữa các tủ động lực.
    • Phương pháp kiểm tra điều kiện phát nóng: Chọn dây dẫn và cáp theo dòng điện phát nóng cho phép có hiệu chỉnh môi trường và số lượng cáp đi chung rãnh: $k_1 \cdot k_2 \cdot I_{cp} \ge I_{tt}$.
    • Phương pháp kiểm tra phối hợp bảo vệ: Đối với mạch động lực dùng cầu chì bảo vệ, tiết diện dây phải thỏa mãn $I_{cp} \ge I_{dc} / \alpha$ (với $\alpha = 3$ cho mạng động lực, $\alpha = 2,5$ cho động cơ lồng sóc có dòng mở máy lớn).
    • Nguồn dữ liệu: Toàn bộ hệ số sử dụng, hệ số nhu cầu, thông số định mức của máy công cụ và các bảng tra thiết bị điện (aptomat, tủ điện, dây cáp LENS, cầu chì) được trích xuất từ tài liệu hướng dẫn và sổ tay kỹ thuật thiết kế mạng hạ áp công nghiệp.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Đồ án triển khai thiết kế hệ thống hạ áp cho phân xưởng cơ khí Tân Tiến với cấu trúc đồng bộ, chi tiết từ nguồn cấp đến từng thiết bị sản xuất:

  • Cấu trúc sơ đồ cấp điện: Hệ thống sử dụng sơ đồ hỗn hợp (kết hợp hình tia và liên thông). Điện năng nhận từ phân đoạn thanh cái $35\text{ kV}$ qua máy biến áp hạ áp $630\text{ kVA}$, dẫn bằng tuyến cáp ngầm về tủ phân phối chính của xưởng. Từ tủ phân phối trung tâm, mạng điện chia thành các lộ hình tia độc lập cấp nguồn tới 5 tủ động lực (ĐL1 đến ĐL5) và 1 tủ phân phối chiếu sáng (CS). Tại mỗi tủ động lực, các phụ tải công suất lớn được cấp điện trực tiếp từ thanh cái, các phụ tải nhỏ công suất thấp được đấu nối liên thông nối tiếp nhằm tối ưu hóa số lộ ra của tủ.

  • Cấu hình thiết bị phân phối và bảo vệ:

    • Tủ phân phối tổng: Lựa chọn loại tủ điện công nghiệp IIP-9262 do Liên Xô chế tạo, gồm 1 lộ vào từ trạm biến áp và 6 lộ ra (5 lộ cấp cho tủ động lực và 1 lộ cấp cho tủ chiếu sáng).
    • Thiết bị đóng cắt đầu nguồn: Sử dụng aptomat tổng đặt tại trạm biến áp có dòng định mức $I_{xg} = 957\text{ A}$ để bảo vệ toàn diện quá tải và sự cố ngắn mạch.
    • Thiết bị bảo vệ nhánh: Tại các tủ động lực, trang bị cầu chì và aptomat riêng biệt cho từng động cơ và nhóm động cơ. Cầu chì bảo vệ động cơ lồng sóc được chọn theo bội số mở máy $k_{mm} = 5$ và hệ số mở máy $\alpha = 2,5$.

  • Hệ thống đường dây và cáp hạ áp:

    • Tuyến cáp từ trạm biến áp về tủ phân phối: Do dòng phụ tải tính toán lớn, đồ án lựa chọn 5 nhánh cáp song song loại $5\text{PVC } (3\times 70 + 1\times 70)\text{ mm}^2$.
    • Tuyến cáp từ tủ phân phối về các tủ động lực: Tuyến cáp đi ngầm dưới đất (hệ số điều chỉnh $k_1 = k_2 = 1$), lựa chọn cáp đồng 4 lõi cách điện PVC tiết diện $120\text{ mm}^2$ có dòng cho phép $I_{cp} = 343\text{ A}$ cho các tủ ĐL1, ĐL2, ĐL4.
    • Mạng cấp điện tới từng máy công cụ: Toàn bộ dây dẫn nội bộ xưởng sử dụng cáp đồng 4 lõi bọc cách điện PVC do LENS chế tạo, luồn trong ống thép bảo vệ đường kính $3/4''$ chôn ngầm dưới sàn xưởng. Tiết diện cáp được tính chọn và kiểm tra phối hợp với cầu chì bảo vệ, bao gồm các cấp tiết diện $4\text{G}2,5\text{ mm}^2$, $4\text{G}4\text{ mm}^2$, $4\text{G}6\text{ mm}^2$, $4\text{G}10\text{ mm}^2$ và $4\text{G}16\text{ mm}^2$.

Nội dung chính theo từng chương

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

Nội dung chương 1 tập trung phân tích lý luận các phương pháp tính toán phụ tải điện và trực tiếp giải bài toán phụ tải cho phân xưởng cơ khí Tân Tiến. Căn cứ vào vị trí và chế độ làm việc của các thiết bị trên mặt bằng công nghệ, tác giả tiến hành phân chia 31 thiết bị thành 5 nhóm phụ tải động lực:

Nhóm Thiết bị tiêu biểu Số lượng Tổng công suất đặt (kW) Hệ số cực đại ($K_{max}$) / Số thiết bị hiệu quả ($n_{hq}$) Phụ tải tính toán $P_{tt}$ (kW)
Nhóm 1 Búa hơi để rèn, lò rèn, palăng điện, quạt ly tâm, lò điện, máy biến áp 11 90,8 $n_{hq} = 7$; $K_{max} = 2,10$ $K_{max} \cdot K_{sd} \cdot P_{\Sigma}$
Nhóm 2 Lò điện, máy mài sắc, quạt thông gió, máy ép ma sát 8 74,1 $n_{hq} = 4$; $K_{max} = 2,64$ $K_{max} \cdot K_{sd} \cdot P_{\Sigma}$
Nhóm 3 Thiết bị tôi cao tần, thiết bị đo bi, lò điện hóa cứng kim loại 3 143,0 $n \le 3$, $n_{hq} < 4$ 143,00 (lấy bằng $\sum P_{dm}$)
Nhóm 4 Lò điện, lò rèn điện, thiết bị tôi bánh răng, bể dầu, máy đo độ cứng 9 123,9 $n_{hq} = 5$; $K_{max} = 2,42$ $K_{max} \cdot K_{sd} \cdot P_{\Sigma}$
Nhóm 5 Máy nén khí, máy bào gỗ, máy cưa tròn, các quạt gió công nghiệp 9 109,0 $n_{hq} = 4$; $K_{max} = 2,64$ $K_{max} \cdot K_{sd} \cdot P_{\Sigma}$

Trong tính toán chiếu sáng, tác giả phân tích các hệ thống chiếu sáng chung, chiếu sáng cục bộ và chiếu sáng kết hợp. Đối với phân xưởng cơ khí có nhiều máy quay chuyển động, đồ án loại bỏ đèn huỳnh quang vì hiện tượng hoạt nghiệm (tần số $50\text{ Hz}$ tạo ảo giác máy đứng yên gây mất an toàn lao động) và chọn đèn sợi đốt công suất $200\text{ W}$, quang thông $F = 3000\text{ lumen}$.

  • Độ cao treo đèn tính toán: $h = H - h_1 - h_2 = 4,7 - 0,8 - 1,6 = 2,3\text{ m}$.
  • Khoảng cách bố trí giữa các đèn: $L_d = L_n = 4,1\text{ m}$.
  • Số lượng đèn tính toán theo quang thông là 50,5 đèn, tác giả chọn bố trí tối thiểu 54 đèn sợi đốt $200\text{ W}$ để đảm bảo độ đồng đều. Ngoài ra, bố trí thêm các bóng đèn $100\text{ W}$ chiếu sáng cục bộ tại từng bàn máy, 2 phòng vệ sinh và 2 phòng thay đồ. Tổng công suất chiếu sáng toàn xưởng là $12\text{ kW}$.

Tổng hợp phụ tải toàn phân xưởng có xét đến hệ số đồng thời $k_{dt} = 0,95$ (khi số nhóm từ 2 đến 4) hoặc $0,85$ (khi từ 5 đến 10 nhóm). Kết quả tính toán toàn xưởng: công suất biểu kiến tính toán $S_{ttpx} = 412,55\text{ kVA}$ (tương đương trị số làm tròn $412,6\text{ kVA}$ ở Chương 2), công suất tác dụng $P_{ttpx} = 412,74\text{ kW}$.

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

Chương 2 trình bày toàn bộ giải pháp kỹ thuật thiết kế mạng điện hạ áp cho xưởng. Dựa trên số liệu phụ tải tính toán ở Chương 1, tác giả tiến hành lựa chọn các thiết bị điện cụ thể:

  1. Lựa chọn nguồn và trạm phân phối: Chọn máy biến áp $630\text{ kVA}$, dòng điện định mức phía hạ áp $I_{xg} = 957\text{ A}$. Lựa chọn tủ phân phối IIP-9262 gồm 1 đầu vào và 6 đầu ra.
  2. Lựa chọn cáp từ trạm biến áp về tủ phân phối: Tuyến đường dây sử dụng 5 nhánh cáp ngầm $5\text{PVC } (3\times 70 + 1\times 70)\text{ mm}^2$. Do khoảng cách từ trạm biến áp đến xưởng tương đối xa ($150\text{ m}$), tác giả không thực hiện kiểm tra điều kiện ngắn mạch cho cáp và aptomat hạ áp.
  3. Lựa chọn cáp cấp nguồn cho các tủ động lực: Tuyến từ tủ PP đến tủ ĐL1 chịu dòng $I_{tt} = 129,96\text{ A}$; tuyến PP - ĐL2 chịu dòng $I_{tt} = 99\text{ A}$; tuyến PP - ĐL4 chịu dòng $I_{tt} = 361,5\text{ A}$. Tất cả các tuyến này được chọn thống nhất loại cáp đồng 4 lõi tiết diện $120\text{ mm}^2$ ($I_{cp} = 343\text{ A}$) chôn riêng từng rãnh ngầm dưới đất.
  4. Lựa chọn thiết bị bảo vệ cầu chì:
    • Tủ ĐL1: Cầu chì bảo vệ búa hơi ($I_{dm} = 26,33\text{ A}$) chọn loại có dòng dây chảy $I_{dc} = 60\text{ A}$; búa hơi công suất lớn ($I_{dm} = 73,68\text{ A}$) chọn $I_{dc} = 160\text{ A}$; lò rèn chọn $I_{dc} = 30\text{ A}$ và $45\text{ A}$; cầu chì tổng bảo vệ tủ ĐL1 chọn loại có dòng $I_{dc} = 200\text{ A}$.
    • Tủ ĐL2: Cầu chì bảo vệ lò điện chọn $I_{dc} = 160\text{ A}$; máy mài sắc, quạt gió, quạt thông gió dùng $I_{dc} = 20\text{ A}$; lò điện $20\text{ kW}$ dùng $I_{dc} = 110\text{ A}$; máy ép ma sát dùng $I_{dc} = 60\text{ A}$; cầu chì tổng tủ ĐL2 chọn $I_{dc} = 400\text{ A}$.
    • Tủ ĐL3: Thiết bị đo bi chọn $I_{dc} = 400\text{ A}$; cầu chì tổng tủ ĐL3 chọn $I_{dc} = 600\text{ A}$.
  5. Lựa chọn cáp cấp điện từ tủ động lực đến từng động cơ: Toàn bộ dây dẫn sử dụng cáp đồng 4 lõi cách điện PVC do hãng LENS chế tạo, luồn ống thép $3/4''$. Tiết diện dây dẫn được kiểm tra chặt chẽ theo điều kiện bảo vệ của cầu chì ($k_2 \cdot I_{cp} \ge I_{dc} / 3$):
    • Cáp $4\text{G}2,5\text{ mm}^2$: Dùng cho búa hơi 1 ($I_{dc} = 60\text{ A}$), lò rèn, máy biến áp ($I_{dc} = 20\text{ A}$), dầm treo palăng ($I_{dc} = 30\text{ A}$), máy mài sắc, quạt gió, quạt thông gió, máy ép ma sát.
    • Cáp $4\text{G}4\text{ mm}^2$: Dùng cho lò điện nhóm 1 ($I_{dc} = 80\text{ A}$).
    • Cáp $4\text{G}6\text{ mm}^2$: Dùng cho lò điện nhóm 2 ($I_{dc} = 110\text{ A}$).
    • Cáp $4\text{G}10\text{ mm}^2$: Dùng cho búa hơi 2 nhóm 1 ($I_{dc} = 160\text{ A}$).
    • Cáp $4\text{G}16\text{ mm}^2$: Dùng cho lò điện $30\text{ kW}$ nhóm 2 ($I_{dc} = 160\text{ A}$).

Chương 3: Tính bù công suất phản kháng

Chương 3 trình bày các vấn đề lý thuyết và phương pháp nâng cao hệ số công suất $\cos\varphi$ cho mạng điện phân xưởng:

  • Phân tích hiện tượng tổn thất điện năng và sụt áp trên đường dây do dòng điện phản kháng gây ra.
  • Trình bày ý nghĩa kinh tế - kỹ thuật của việc bù công suất phản kháng: giảm tổn thất công suất tác dụng trong máy biến áp và lưới điện, giảm sụt áp, tăng khả năng tải của thiết bị truyền dẫn và giảm chi phí tiền điện.
  • Phân tích các biện pháp nâng cao hệ số công suất:
    1. Biện pháp tự nhiên: Hợp lý hóa quá trình công nghệ, thay thế các động cơ không đồng bộ non tải bằng động cơ có công suất phù hợp hơn, hạn chế động cơ chạy không tải.
    2. Biện pháp nhân tạo: Sử dụng các thiết bị bù phản kháng chuyên dụng (tụ điện tĩnh hoặc máy bù đồng bộ), phân tích đặc tính kỹ thuật và lựa chọn phương pháp đặt tụ bù tĩnh tại thanh cái hạ áp của phân xưởng.
  • Xác định dung lượng bù: Tính toán dung lượng bù cần thiết để nâng hệ số công suất từ giá trị tự nhiên lên giá trị yêu cầu theo quy định của ngành điện là $\cos\varphi = 0,9$.

Kết quả và đóng góp

  • Kết quả kỹ thuật cụ thể có trong đồ án:

    • Hoàn thành bảng tổng hợp phụ tải chi tiết cho 31 thiết bị thuộc 5 nhóm máy công cụ với tổng công suất tác dụng tính toán $P_{ttpx} = 412,74\text{ kW}$, tổng công suất toàn phần $S_{ttpx} = 412,55\text{ kVA}$ (làm tròn $412,6\text{ kVA}$) và công suất chiếu sáng $12\text{ kW}$.
    • Xác lập hệ thống chiếu sáng kết hợp hoàn chỉnh với 54 bộ đèn sợi đốt $200\text{ W}$ phân bố đều theo khoảng cách $4,1\text{ m} \times 4,1\text{ m}$, bổ sung hệ thống chiếu sáng cục bộ $100\text{ W}$ tại từng vị trí làm việc.
    • Lựa chọn cấu hình mạng điện hạ áp hoàn chỉnh gồm: 1 trạm biến áp $630\text{ kVA}$, tủ phân phối chính IIP-9262 (Liên Xô), 5 nhánh cáp ngầm $5\text{PVC } (3\times 70 + 1\times 70)\text{ mm}^2$, hệ thống cáp nhánh ngầm $120\text{ mm}^2$ tới các tủ động lực và hệ thống cáp LENS luồn ống thép $3/4''$ tới từng động cơ.
    • Xác lập các thông số bảo vệ định mức của cầu chì nhánh và cầu chì tổng cho các tủ động lực ĐL1, ĐL2, ĐL3, thỏa mãn điều kiện mở máy và tính chọn lọc (chênh lệch ít nhất 2 cấp định mức).

  • Đóng góp kỹ thuật do tác giả tự nêu:

    • Đề xuất phương án cấp điện hình tia cho các tủ phân phối và hỗn hợp cho các tủ động lực, giải quyết được bài toán cân bằng giữa chi phí đầu tư thiết bị và độ tin cậy cung cấp điện trong môi trường công nghiệp.
    • Đồng loạt hóa chủng loại cáp truyền tải từ tủ phân phối về các tủ động lực ($120\text{ mm}^2$), tạo thuận lợi lớn cho công tác mua sắm vật tư, thi công lắp đặt nhanh chóng và quản lý dự phòng thay thế trong vận hành sau này.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của đồ án:

    • Do khoảng cách từ phân xưởng tới trạm biến áp tương đối xa ($150\text{ m}$), đồ án đã bỏ qua bước tính toán dòng ngắn mạch để kiểm tra độ bền nhiệt và khả năng đóng cắt của cáp ngầm cũng như aptomat hạ áp.
    • Hệ số đồng thời $k_{dt}$ khi tính toán tổng phụ tải toàn phân xưởng được lấy theo khoảng giá trị kinh nghiệm gần đúng ($0,85 \div 0,95$) mà chưa có đồ thị đo đạc phụ tải thực tế theo ca kíp sản xuất.
    • Hệ thống chiếu sáng sử dụng đèn sợi đốt công suất lớn ($200\text{ W}$ và $100\text{ W}$) tránh được hiện tượng ảo giác thị giác nhưng hiệu suất phát quang thấp và tiêu hao năng lượng lớn so với các nguồn sáng hiện đại.

  • Hướng phát triển tiếp theo:

    • Tiến hành tính toán chi tiết dòng ngắn mạch tại các điểm nút hạ áp (trên thanh cái tủ phân phối và tại các cực động cơ) để kiểm tra chính xác khả năng chịu dòng cắt ngắn mạch của aptomat và độ ổn định lực điện động của hệ thống thanh cái.
    • Triển khai phân bố cụ thể dung lượng các bộ tụ bù công suất phản kháng tự động theo từng cấp nấc tại thanh cái tủ phân phối chính và các tủ động lực.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thiết thực đối với:

  • Sinh viên chuyên ngành Điện Tự Động Công Nghiệp, Kỹ thuật Điện, Hệ thống Điện làm đồ án tốt nghiệp hoặc đồ án môn học Thiết kế cung cấp điện.
  • Kỹ sư thiết kế cơ điện (M&E) cần tham khảo quy trình phân nhóm máy công cụ cơ khí, tính toán số thiết bị hiệu quả ($n_{hq}$), tra cứu hệ số cực đại ($K_{max}$) và quy trình phối hợp bảo vệ giữa dây dẫn với cầu chì hạ áp.
  • Các nội dung đáng tham khảo nhất:
    • Bảng tổng hợp công suất và quy trình phân nhóm 31 thiết bị cơ khí theo vị trí mặt bằng và chế độ làm việc (Chương 1).
    • Phương pháp tính toán quang thông và bố trí lưới đèn sợi đốt tránh hiện tượng ảo giác chuyển động quay trong phân xưởng gia công cơ khí (Chương 1).
    • Trình tự lựa chọn tiết diện cáp luồn ống thép và kiểm tra điều kiện phối hợp với dòng tác động của cầu chì bảo vệ (Chương 2).

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao phân xưởng cơ khí Tân Tiến lại lựa chọn đèn sợi đốt mà không sử dụng đèn huỳnh quang để chiếu sáng sản xuất?
Trả lời: Do phân xưởng cơ khí tập trung nhiều máy công cụ có chuyển động quay (động cơ không đồng bộ, máy tiện, máy phay, máy mài, quạt gió). Đèn huỳnh quang hoạt động ở tần số lưới điện $50\text{ Hz}$ tạo ra hiện tượng hoạt nghiệm (stroboscopic effect), gây ảo giác thị giác làm mắt người nhìn thấy các bộ phận quay dường như đứng yên hoặc quay chậm, dẫn đến nguy cơ tai nạn lao động nghiêm trọng. Do đó, đồ án chọn đèn sợi đốt ($200\text{ W}$ và $100\text{ W}$) để đảm bảo an toàn tuyệt đối cho công nhân.

2. Tiết diện và chủng loại cáp ngầm được lựa chọn từ trạm biến áp về tủ phân phối của phân xưởng là gì?
Trả lời: Do dòng điện phụ tải tính toán của toàn phân xưởng lớn, tuyến cáp từ trạm biến áp $630\text{ kVA}$ về tủ phân phối chính được thiết kế gồm 5 nhánh cáp song song, sử dụng loại cáp ngầm $5\text{PVC } (3\times 70 + 1\times 70)\text{ mm}^2$.

3. Tủ phân phối chính của xưởng sử dụng loại nào và có cấu hình phân phối ra sao?
Trả lời: Phân xưởng sử dụng tủ phân phối hạ áp tiêu chuẩn loại IIP-9262 do Liên Xô chế tạo. Tủ được bố trí 1 lộ đầu vào nhận điện từ trạm biến áp và 6 lộ ra, trong đó 5 lộ cấp điện hình tia đến 5 tủ động lực (ĐL1 đến ĐL5) và 1 lộ cấp nguồn cho tủ chiếu sáng.

4. Vì sao đồ án không thực hiện tính toán ngắn mạch để kiểm tra cáp và aptomat hạ áp?
Trả lời: Theo thuyết minh tại Chương 2 của văn bản, do vị trí mặt bằng phân xưởng đặt cách xa trạm biến áp hạ áp ($L = 150\text{ m}$), trở kháng đường dây làm suy giảm dòng ngắn mạch, nên tác giả quyết định không tính toán dòng ngắn mạch để kiểm tra kiểm nghiệm cáp và aptomat.

5. Điều kiện phối hợp bảo vệ giữa cáp dẫn điện tới động cơ và cầu chì trong đồ án được xác định như thế nào?
Trả lời: Cáp cấp nguồn tới các động cơ (cáp đồng 4 lõi LENS luồn ống thép $3/4''$) phải thỏa mãn đồng thời hai điều kiện: điều kiện phát nóng liên tục ($k_1 \cdot k_2 \cdot I_{cp} \ge I_{tt}$) và điều kiện phối hợp với thiết bị bảo vệ cầu chì ($k_2 \cdot I_{cp} \ge I_{dc} / \alpha$). Trong đó hệ số $\alpha = 3$ đối với mạch động lực phân xưởng.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Phan Văn Toàn đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế cung cấp điện hạ áp cho xưởng cơ khí Tân Tiến với đầy đủ các nội dung từ tính toán phụ tải, thiết kế mạng phân phối đến đề xuất giải pháp bù công suất phản kháng. Hệ thống số liệu tính toán chi tiết và các giải pháp lựa chọn thiết bị (tủ IIP-9262, cáp LENS luồn ống thép, hệ thống bảo vệ chọn lọc) bám sát các tiêu chuẩn kỹ thuật công nghiệp hiện hành. Toàn bộ nội dung đồ án phản ánh đúng năng lực thực hành chuyên môn của sinh viên ngành Điện Tự Động Công Nghiệp trong việc thiết kế mạng điện xí nghiệp.