Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Điện năng là dạng năng lượng thiết yếu phục vụ toàn bộ các ngành kinh tế quốc dân, trong đó khoảng 70% tổng sản lượng điện năng sản xuất được tiêu thụ tại các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp. Do đó, việc thiết kế hệ thống cung cấp điện khoa học, an toàn và tin cậy cho các cơ sở công nghiệp đóng vai trò quyết định trong việc tối ưu hóa hiệu quả vận hành của nguồn phát và giảm tổn thất năng lượng.
Đề tài "Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy chế tạo máy kéo" do sinh viên Lưu Xuân Bắc (ngành Điện Tự động công nghiệp, Trường Đại học Dân lập Hải Phòng, năm 2016; người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Đoàn Phong) thực hiện nhằm giải quyết bài toán cấp điện toàn diện cho một cơ sở sản xuất cơ khí quy mô lớn. Sản phẩm của nhà máy gồm các loại công cụ, thiết bị và phụ tùng phục vụ nông nghiệp, công nghiệp và giao thông vận tải. Quy trình công nghệ đòi hỏi tính liên tục cao; sự cố gián đoạn nguồn điện sẽ gây ngừng trệ dây chuyền sản xuất, lãng phí nhân công, làm hư hỏng phôi liệu và thiết bị (đặc biệt tại các khâu luyện kim, lò nhiệt luyện). Vì vậy, nhà máy được phân loại là hộ tiêu thụ điện loại I.
Mục tiêu và nhiệm vụ thiết kế của đồ án gồm các nội dung kỹ thuật sau:
- Khảo sát công nghệ, mặt bằng và phân loại phụ tải của 12 phân xưởng/khu vực chức năng.
- Tính toán xác định phụ tải động lực và phụ tải chiếu sáng cho từng phân xưởng và toàn bộ nhà máy.
- Xác định tâm phụ tải điện và xây dựng biểu đồ phụ tải trên mặt bằng tổng thể.
- Lựa chọn cấp điện áp truyền tải cao áp và vạch phương án cấp điện cao áp cho nhà máy.
- Thiết kế chi tiết mạng điện hạ áp cho phân xưởng sửa chữa cơ khí (tính toán chọn cáp, áptômát, tủ phân phối, tủ động lực và kiểm tra ngắn mạch).
- Tính toán thiết kế hệ thống chiếu sáng chung.
- Tính toán dung lượng và vị trí bù công suất phản kháng.
- Thiết kế trạm biến áp phân xưởng và tính toán hệ thống nối đất an toàn.
Đối tượng nghiên cứu là hệ thống điện của nhà máy chế tạo máy kéo gồm 12 hạng mục công trình: Khu nhà ban quản lý và xưởng thiết kế, Phân xưởng đúc, Phân xưởng gia công cơ khí, Phân xưởng cơ lắp ráp, Phân xưởng luyện kim màu, Phân xưởng luyện kim đen, Phân xưởng sửa chữa cơ khí, Phân xưởng rèn dập, Phân xưởng nhiệt luyện, Bộ phận nén khí, Trạm bơm, Kho vật liệu. Phạm vi thiết kế bao gồm tuyến truyền tải cao áp từ nguồn hệ thống cách nhà máy 15 km, các trạm biến áp phân xưởng, mạng phân phối hạ áp 380/220 V tần số 50 Hz và hệ thống tiếp địa an toàn.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khung lý thuyết và tiêu chuẩn áp dụng
Đồ án xây dựng trên nền tảng lý thuyết cung cấp điện công nghiệp, tiêu chuẩn quản lý chất lượng ISO 9001:2008 và các quy phạm kỹ thuật ngành điện:
- Phân loại độ tin cậy cấp điện: Phân loại phụ tải thành Hộ loại I, loại II và loại III. Hộ loại I yêu cầu cấp điện liên tục từ hai nguồn độc lập, có trạm biến áp 2 máy biến áp và khả năng vận hành quá tải sự cố $k_{qt} = 1,4$ trong tối đa 5 ngày đêm (không quá 6 giờ/ngày đêm với hệ số tải trước sự cố $\le 0,75$).
- Tiêu chuẩn chất lượng điện áp: Độ lệch điện áp cho phép tại lưới trung áp và hạ áp dao động trong khoảng $\pm 5%$ điện áp định mức; đối với các thiết bị đòi hỏi độ chính xác cao mức dao động giới hạn trong khoảng $\pm 2,5%$. Tần số định mức $f = 50\text{ Hz}$.
Phương pháp tính toán kỹ thuật
Tác giả sử dụng kết hợp hai phương pháp xác định phụ tải tính toán:
- Phương pháp theo công suất đặt ($P_{đặt}$) và hệ số nhu cầu ($k_{nc}$): Áp dụng cho các phân xưởng mới chỉ có thông tin diện tích mặt bằng và công suất đặt tổng thể.
- Công suất động lực: $P_{đl} = k_{nc} \cdot P_{đặt}$; $Q_{đl} = P_{đl} \cdot \tan\varphi$.
- Công suất chiếu sáng: $P_{cs} = p_0 \cdot F \cdot 10^{-3}\text{ (kW)}$; $Q_{cs} = P_{cs} \cdot \tan\varphi_{cs}$.
- Công suất toàn phần: $S_{tt} = \sqrt{(P_{đl} + P_{cs})^2 + (Q_{đl} + Q_{cs})^2}$.
- Phương pháp theo công suất trung bình ($P_{tb}$) và hệ số cực đại ($k_{max}$): Áp dụng cho phân xưởng sửa chữa cơ khí đã có danh mục 50 thiết bị chi tiết.
- Quy đổi thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại (như máy biến áp hàn có hệ số đóng điện $k_d% = 25%$) về chế độ dài hạn: $P_{đm}' = P_{đm} \cdot \sqrt{k_d}$.
- Xác định số thiết bị dùng điện hiệu quả $n_{hq}$ dựa trên tỷ số $n^* = n_1 / n$ và $P^* = P_1 / P$, tra bảng tìm $n_{hq}^* \rightarrow n_{hq} = n \cdot n_{hq}^*$.
- Khi $n_{hq} \ge 4$, công suất tính toán nhóm: $P_{tt} = k_{max} \cdot k_{sd} \cdot \sum P_{đmi}$.
- Khi $n_{hq} < 4$, công suất tính toán nhóm: $P_{tt} = \sum (k_{ti} \cdot P_{đmi})$.
- Tổng hợp phụ tải toàn nhà máy: Sử dụng hệ số đồng thời $k_{đt} = 0,85$ (áp dụng cho quy mô 10 phân xưởng sản xuất):
- $P_{ttNM} = k_{đt} \cdot \sum P_{tti}$
- $Q_{ttNM} = k_{đt} \cdot \sum Q_{tti}$
- $S_{ttNM} = \sqrt{P_{ttNM}^2 + Q_{ttNM}^2}$
- Phương pháp xác định tâm phụ tải và biểu đồ phụ tải:
- Tọa độ tâm phụ tải: $x_0 = \frac{\sum (S_i \cdot x_i)}{\sum S_i}$; $y_0 = \frac{\sum (S_i \cdot y_i)}{\sum S_i}$.
- Biểu đồ phụ tải biểu diễn dạng hình tròn với bán kính $R_i = \sqrt{\frac{S_i}{\pi \cdot m}}$ (chọn tỷ lệ xích $m = 6\text{ kVA/mm}^2$), góc hình quạt chiếu sáng $\alpha_{cs} = 360^\circ \cdot \frac{P_{cs}}{P_{tt}}$.
- Phương pháp lựa chọn cấp điện áp kinh nghiệm: Áp dụng công thức $U = 4,34 \sqrt{L + 16P}$ (với khoảng cách nguồn $L = 15\text{ km}$ và công suất $P = 8,452\text{ MW}$).
Nguồn dữ liệu
Dữ liệu đầu vào gồm bản vẽ mặt bằng nhà máy (kích thước, vị trí tọa độ các xưởng), danh mục công suất định mức của 50 thiết bị trong phân xưởng sửa chữa cơ khí, và hệ thống bảng tra thông số kỹ thuật ($k_{sd}$, $\cos\varphi$, $k_{nc}$, $p_0$, $k_{max}$) theo sổ tay thiết kế cung cấp điện công nghiệp.
Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật
Lựa chọn cấp điện áp cao áp truyền tải
Với khoảng cách truyền tải $L = 15\text{ km}$ từ trạm biến áp trung gian khu vực về nhà máy và tổng công suất tính toán tác dụng $P_{ttNM} = 8452,44\text{ kW}$, công thức kinh nghiệm xác định cấp điện áp tối ưu:
$$U = 4,34 \sqrt{15 + 16 \times 8,45244} = 52,30\text{ kV}$$
Trên cơ sở cấp điện áp tiêu chuẩn của hệ thống điện khu vực, tác giả lựa chọn cấp điện áp trung áp $35\text{ kV}$ để cấp nguồn cho toàn bộ nhà máy.
Cấu trúc mạng phân phối và trạm biến áp
- Trạm biến áp phân xưởng: Đặt gần tâm phụ tải từng khu vực. Đối với các phân xưởng hộ loại I, trạm biến áp sử dụng 2 máy biến áp vận hành song song hoặc phân đoạn, đảm bảo khi sự cố một máy biến áp, máy còn lại gánh được toàn bộ phụ tải loại I và loại II (cho phép sa thải 30% phụ tải loại III, tương ứng $S_{sc} = 0,7 \cdot S_{tt}$). Máy biến áp sử dụng chủng loại do Nhà máy thiết bị điện Đông Anh sản xuất tại Việt Nam ($k_{hc} = 1$).
- Mạng hạ áp phân xưởng sửa chữa cơ khí: Cấp điện áp 380/220 V. Tuyến cáp tổng hạ áp và áptômát tổng được đấu nối từ trạm biến áp (TB B4) về tủ phân phối chính (TPP), từ đó phân nhánh tới 6 tủ động lực (TĐL 1 đến TĐL 6) cấp nguồn cho 50 thiết bị máy móc.
- Hệ thống bù công suất phản kháng: Bố trí các bộ tụ bù tĩnh tại thanh cái hạ áp trạm biến áp và các tủ phân phối nhằm nâng cao hệ số công suất toàn nhà máy từ $\cos\varphi = 0,74$ lên giá trị yêu cầu của ngành điện.
- Hệ thống nối đất: Thiết kế hệ thống cọc tiếp địa và thanh nối đất bao quanh trạm biến áp và nhà xưởng, đảm bảo điện trở nối đất an toàn theo quy chuẩn kỹ thuật điện.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Giới thiệu chung về nhà máy
Chương 1 trình bày khái quát về vai trò của nhà máy chế tạo máy kéo đối với các ngành kinh tế. Tác giả phân tích đặc điểm công nghệ và phân loại độ tin cậy cung cấp điện của nhà máy thuộc Hộ loại I. Mặt bằng nhà máy gồm 12 hạng mục với công suất đặt cụ thể:
| STT |
Tên phân xưởng / Hạng mục |
Công suất đặt ($P_{đặt}$) |
| 1 |
Khu nhà ban quản lý và xưởng thiết kế |
$200\text{ kW}$ |
| 2 |
Phân xưởng đúc |
$1500\text{ kW}$ |
| 3 |
Phân xưởng gia công cơ khí |
$3600\text{ kW}$ |
| 4 |
Phân xưởng cơ lắp ráp |
$3200\text{ kW}$ |
| 5 |
Phân xưởng luyện kim màu |
$1800\text{ kW}$ |
| 6 |
Phân xưởng luyện kim đen |
$2500\text{ kW}$ |
| 7 |
Phân xưởng sửa chữa cơ khí |
Tính toán chi tiết |
| 8 |
Phân xưởng rèn dập |
$2100\text{ kW}$ |
| 9 |
Phân xưởng nhiệt luyện |
$3500\text{ kW}$ |
| 10 |
Bộ phận nén khí |
$1700\text{ kW}$ |
| 11 |
Trạm bơm |
$800\text{ kW}$ |
| 12 |
Kho vật liệu |
$60\text{ kW}$ |
Chương này cũng xác định các yêu cầu cơ bản trong thiết kế gồm: độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện áp ($\pm 5%$ cho lưới hạ áp và $\pm 2,5%$ cho tải nhạy cảm), an toàn và chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật.
Chương 2: Xác định phụ tải tính toán
Chương 2 tập trung tính toán phụ tải cho toàn bộ các hạng mục:
- Phân xưởng sửa chữa cơ khí ($F = 819\text{ m}^2$): Tác giả phân chia 50 thiết bị thành 6 nhóm:
- Nhóm 1 (8 thiết bị, $P_{đm} = 63,20\text{ kW}$): $n_{hq} = 4$, $k_{max} = 3,11 \rightarrow P_{tt} = 29,48\text{ kW}$, $Q_{tt} = 39,21\text{ kVAr}$, $S_{tt} = 49,06\text{ kVA}$, $I_{tt} = 74,54\text{ A}$.
- Nhóm 2 (7 thiết bị, $P_{đm} = 73,80\text{ kW}$): $n_{hq} = 5$, $k_{max} = 2,87 \rightarrow P_{tt} = 31,30\text{ kW}$ (bảng tổng hợp ghi $31,80\text{ kW}$), $Q_{tt} = 41,63\text{ kVAr}$, $S_{tt} = 52,08\text{ kVA}$, $I_{tt} = 79,13\text{ A}$.
- Nhóm 3 (7 thiết bị, $P_{đm} = 131,00\text{ kW}$): $n_{hq} = 5$, $k_{max} = 2,87 \rightarrow P_{tt} = 56,40\text{ kW}$, $Q_{tt} = 75,01\text{ kVAr}$, $S_{tt} = 93,84\text{ kVA}$, $I_{tt} = 142,58\text{ A}$.
- Nhóm 4 (5 thiết bị, $P_{đm} = 122,15\text{ kW}$): $n_{hq} = 4$, $k_{max} = 3,11 \rightarrow P_{tt} = 56,98\text{ kW}$, $Q_{tt} = 75,79\text{ kVAr}$, $S_{tt} = 94,82\text{ kVA}$, $I_{tt} = 144,06\text{ A}$.
- Nhóm 5 (2 thiết bị, $P_{đm} = 103,00\text{ kW}$): Do $n_{hq} = 1 < 4 \rightarrow P_{tt} = 103,00\text{ kW}$, $Q_{tt} = 123,30\text{ kVAr}$, $S_{tt} = 154,25\text{ kVA}$, $I_{tt} = 234,36\text{ A}$.
- Nhóm 6 (9 thiết bị, $P_{đm} = 109,30\text{ kW}$): $n_{hq} = 4$, $k_{max} = 3,11 \rightarrow P_{tt} = 50,99\text{ kW}$, $Q_{tt} = 67,81\text{ kVAr}$, $S_{tt} = 84,84\text{ kVA}$, $I_{tt} = 128,91\text{ A}$.
- Chiếu sáng phân xưởng: Dùng đèn sợi đốt $p_0 = 14\text{ W/m}^2 \rightarrow P_{cs} = 11,47\text{ kW}$, $Q_{cs} = 0$.
- Tổng hợp phân xưởng sửa chữa cơ khí ($k_{đt} = 0,85$): $P_{đl} = 270,60\text{ kW}$, $Q_{đl} = 359,17\text{ kVAr} \rightarrow P_{tt} = 282,07\text{ kW}$, $Q_{tt} = 359,17\text{ kVAr}$, $S_{tt} = 456,69\text{ kVA}$, $I_{tt} = 693,87\text{ A}$, $\cos\varphi_{tt} = 0,62$.
- Tổng hợp phụ tải toàn nhà máy:
- Tổng công suất tác dụng: $P_{ttNM} = 0,85 \times 9944,05 = 8452,44\text{ kW}$.
- Tổng công suất phản kháng: $Q_{ttNM} = 0,85 \times 8961,24 = 7617,05\text{ kVAr}$.
- Công suất toàn phần: $S_{ttNM} = 11378,19\text{ kVA}$.
- Hệ số công suất tự nhiên: $\cos\varphi_{ttNM} = 0,74$.
- Tâm phụ tải và biểu đồ phụ tải: Xác định tọa độ tâm phụ tải toàn nhà máy tại điểm $M(52,87\text{ mm}; 46,52\text{ mm})$ trên hệ trục tọa độ mặt bằng. Vẽ biểu đồ phụ tải với bán kính đường tròn từ $2,11\text{ mm}$ (Kho vật liệu) đến $10,06\text{ mm}$ (Phân xưởng luyện kim đen).
Chương 3: Thiết kế mạng cao áp cho nhà máy
Chương 3 giải quyết việc lựa chọn cấp điện áp nguồn $35\text{ kV}$ dựa trên khoảng cách $15\text{ km}$ và công suất $8452,44\text{ kW}$. Tác giả vạch các phương án cấp điện cao áp, xác định vị trí, số lượng và dung lượng máy biến áp cho các trạm biến áp phân xưởng theo điều kiện làm việc bình thường và điều kiện quá tải sự cố ($k_{qt} = 1,4$, $S_{sc} = 0,7 \cdot S_{tt}$), tính toán kinh tế - kỹ thuật để chọn phương án tối ưu và thiết lập sơ đồ nối dây chi tiết mạng cao áp.
Chương 4: Thiết kế mạng điện hạ áp phân xưởng sửa chữa cơ khí
Chương này thực hiện thiết kế chi tiết mạng hạ áp phân xưởng sửa chữa cơ khí:
- Lựa chọn cáp tổng hạ áp và áptômát tổng cho trạm biến áp TB B4.
- Chọn áptômát đầu nguồn tại TB B4 và cáp từ TB B4 về tủ phân phối phân xưởng (TPP).
- Lựa chọn thiết bị đóng cắt, bảo vệ cho tủ phân phối TPP.
- Tính toán dòng ngắn mạch phía hạ áp để kiểm tra khả năng ổn định động, ổn định nhiệt của cáp và khả năng cắt của áptômát.
- Lựa chọn thiết bị trong các tủ động lực (TĐL 1 đến TĐL 6) và tiết diện dây dẫn đến từng thiết bị công nghệ.
Chương 5: Thiết kế hệ thống chiếu sáng chung
Chương 5 trình bày phương pháp tính toán quang học để lựa chọn số lượng, chủng loại và công suất đèn chiếu sáng chung cho các phân xưởng sản xuất, đồng thời thiết kế sơ đồ đi dây, bảng điện và mạng cấp nguồn chiếu sáng riêng biệt.
Chương 6: Tính toán bù công suất phản kháng
Chương 6 tính toán dung lượng bù công suất phản kháng nhằm nâng cao hệ số công suất của nhà máy từ mức tự nhiên $\cos\varphi = 0,74$ lên hệ số công suất quy định ($\cos\varphi \ge 0,9$), lựa chọn chủng loại tụ bù tĩnh, xác định vị trí đặt tụ bù (tại thanh cái hạ áp của các trạm biến áp phân xưởng) và phân bố dung lượng bù hợp lý cho từng trạm.
Chương 7: Thiết kế trạm biến áp phân xưởng
Chương 7 trình bày chi tiết kết cấu xây dựng và lắp đặt thiết bị của trạm biến áp phân xưởng:
- Lựa chọn các phần tử trong sơ đồ trạm (dao cách ly, cầu chì cao áp, máy biến áp, áptômát hạ áp, biến dòng đo lường).
- Bố trí mặt bằng kết cấu trạm biến áp phân xưởng đảm bảo khoảng cách an toàn vận hành.
- Tính toán hệ thống nối đất an toàn và nối đất làm việc cho trạm biến áp, xác định số lượng cọc tiếp địa và chiều dài thanh tiếp địa liên kết.
Kết quả và đóng góp
Bảng tổng hợp phụ tải tính toán các phân xưởng
Kết quả tính toán phụ tải động lực, chiếu sáng và phụ tải tổng hợp của 12 hạng mục công trình trong nhà máy được trình bày chi tiết trong bảng dưới đây:
| STT |
Tên phân xưởng / Hạng mục |
$P_{đl}\text{ (kW)}$ |
$Q_{đl}\text{ (kVAr)}$ |
$P_{cs}\text{ (kW)}$ |
$Q_{cs}\text{ (kVAr)}$ |
$P_{tt}\text{ (kW)}$ |
$Q_{tt}\text{ (kVAr)}$ |
$S_{tt}\text{ (kVA)}$ |
$I_{tt}\text{ (A)}$ |
$\cos\varphi_{tt}$ |
| 1 |
Nhà ban quản lý & xưởng thiết kế |
140,00 |
105,00 |
31,20 |
23,40 |
171,20 |
128,40 |
214,00 |
325,14 |
0,80 |
| 2 |
Phân xưởng đúc |
900,00 |
675,00 |
39,20 |
0 |
939,20 |
675,00 |
1156,60 |
1757,27 |
0,81 |
| 3 |
Phân xưởng gia công cơ khí |
1080,00 |
1101,60 |
59,50 |
0 |
1139,50 |
1101,60 |
1584,92 |
2408,04 |
0,72 |
| 4 |
Phân xưởng cơ lắp ráp |
960,00 |
1276,80 |
52,92 |
0 |
1012,92 |
1276,80 |
1629,79 |
2476,21 |
0,62 |
| 5 |
Phân xưởng luyện kim màu |
1080,00 |
1101,60 |
51,00 |
0 |
1131,00 |
1101,60 |
1578,82 |
2398,77 |
0,72 |
| 6 |
Phân xưởng luyện kim đen |
1500,00 |
1125,00 |
38,55 |
0 |
1538,55 |
1125,00 |
1905,98 |
2895,84 |
0,81 |
| 7 |
Phân xưởng sửa chữa cơ khí |
270,60 |
359,17 |
11,47 |
0 |
282,07 |
359,17 |
456,69 |
693,87 |
0,62 |
| 8 |
Phân xưởng rèn dập |
1050,00 |
1396,50 |
43,50 |
0 |
1093,50 |
1396,50 |
1773,68 |
2694,83 |
0,62 |
| 9 |
Phân xưởng nhiệt luyện |
1400,00 |
1050,00 |
25,48 |
0 |
1425,48 |
1050,00 |
1770,45 |
2689,92 |
0,81 |
| 10 |
Bộ phận nén khí |
1020,00 |
765,00 |
31,64 |
0 |
1051,64 |
765,00 |
1300,45 |
1975,83 |
0,81 |
| 11 |
Trạm bơm |
240,00 |
180,00 |
10,22 |
0 |
250,22 |
180,00 |
308,24 |
468,32 |
0,81 |
| 12 |
Kho vật liệu |
42,00 |
31,50 |
35,40 |
0 |
77,40 |
31,50 |
83,56 |
126,96 |
0,93 |
| - |
Tổng đại số |
8682,60 |
8165,57 |
373,08 |
23,40 |
9944,05 |
8961,24 |
- |
- |
- |
| - |
Toàn nhà máy ($k_{đt} = 0,85$) |
- |
- |
- |
- |
8452,44 |
7617,05 |
11378,19 |
- |
0,74 |
Đóng góp kỹ thuật của đồ án
- Thiết lập quy trình tính toán phụ tải đồng bộ từ cấp thiết bị chi tiết ($P_{tb}, k_{max}$) đến cấp phân xưởng và toàn nhà máy ($k_{nc}, k_{đt}$).
- Xác định chính xác tọa độ tâm phụ tải $M(52,87\text{ mm}; 46,52\text{ mm})$ và xây dựng biểu đồ phụ tải không gian, làm cơ sở khoa học để định vị tối ưu các trạm biến áp phân xưởng nhằm giảm tổn thất điện áp và chiều dài đường dây.
- Cung cấp giải pháp kỹ thuật hoàn chỉnh từ khâu tiếp nhận nguồn cao áp $35\text{ kV}$, hạ áp qua trạm biến áp phân xưởng, phân phối động lực 380 V, chiếu sáng 220 V đến bù công suất phản kháng và hệ thống nối đất bảo vệ.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Phạm vi dữ liệu: Phương pháp tính toán chi tiết theo thiết bị mới chỉ áp dụng cho Phân xưởng sửa chữa cơ khí (số 7); 11 hạng mục còn lại được tính gần đúng dựa trên suất phụ tải và hệ số nhu cầu do chưa có bảng thống kê chi tiết máy móc của từng xưởng.
- Tính toán mở rộng: Đồ án tập trung vào tính toán phụ tải xác định ở chế độ xác lập; việc mô phỏng quá độ khi khởi động các động cơ công suất lớn (máy nén khí, lò điện cao tần) và bài toán tự động hóa điều khiển bảo vệ rơ-le số có thể phát triển thêm khi có dữ liệu vận hành thực tế.
Giá trị tham khảo
Tài liệu là nguồn tham khảo phục vụ giảng dạy, học tập và thực hành thiết kế cho:
- Sinh viên các ngành Kỹ thuật Điện, Điện Tự động công nghiệp, Hệ thống điện thực hiện đồ án môn học Cung cấp điện và đồ án tốt nghiệp kỹ sư.
- Kỹ sư thiết kế điện công nghiệp tham khảo phương pháp phân nhóm phụ tải thực tế, tính toán số thiết bị hiệu quả $n_{hq}$, quy đổi thiết bị ngắn hạn lặp lại, xác định tâm phụ tải và lựa chọn thiết bị đóng cắt - bảo vệ hạ áp.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao nhà máy sản xuất máy kéo được xếp vào hộ phụ tải loại I?
Do dây chuyền sản xuất của nhà máy có tính liên tục cao với các khâu công nghệ quan trọng như lò luyện kim, lò nhiệt luyện và máy rèn dập. Việc ngừng cung cấp điện đột ngột sẽ dẫn đến ngưng trệ sản xuất, lãng phí lao động, hư hỏng sản phẩm kim loại đang tôi/luyện và gây thiệt hại kinh tế lớn.
2. Cấp điện áp cao áp 35 kV cấp cho nhà máy được lựa chọn dựa trên cơ sở nào?
Cấp điện áp được xác định qua công thức kinh nghiệm $U = 4,34 \sqrt{L + 16P}$ với khoảng cách truyền tải $L = 15\text{ km}$ từ nguồn và công suất tính toán tác dụng $P = 8452,44\text{ kW}$ ($8,452\text{ MW}$). Kết quả tính toán đạt $U = 52,30\text{ kV}$, từ đó lựa chọn cấp điện áp tiêu chuẩn thực tế của lưới điện khu vực là $35\text{ kV}$.
3. Phân xưởng nào trong nhà máy có phụ tải toàn phần tính toán lớn nhất?
Phân xưởng luyện kim đen (số 6) có phụ tải toàn phần tính toán lớn nhất toàn nhà máy với $S_{tt} = 1905,98\text{ kVA}$ ($P_{tt} = 1538,55\text{ kW}$, $Q_{tt} = 1125,00\text{ kVAr}$, dòng điện tính toán $I_{tt} = 2895,84\text{ A}$).
4. Thiết bị nào trong Phân xưởng sửa chữa cơ khí có công suất lớn nhất và được xử lý tính toán như thế nào?
Thiết bị có công suất lớn nhất là Lò điện để hóa cứng kim loại ($90\text{ kW}$, thuộc nhóm 4). Trong nhóm 5, do số thiết bị hiệu quả tính ra $n_{hq} = 1 < 4$, phụ tải tính toán của nhóm được lấy trực tiếp bằng tổng công suất định mức của các thiết bị trong nhóm ($P_{tt} = \sum P_{đmi} = 103\text{ kW}$).
5. Hệ số đồng thời của toàn nhà máy được chọn là bao nhiêu và tổng công suất tính toán toàn nhà máy là bao nhiêu?
Với quy mô 10 phân xưởng sản xuất, hệ số đồng thời được chọn là $k_{đt} = 0,85$. Sau khi nhân hệ số đồng thời, tổng phụ tải tính toán của toàn nhà máy là: công suất tác dụng $P_{ttNM} = 8452,44\text{ kW}$, công suất phản kháng $Q_{ttNM} = 7617,05\text{ kVAr}$, công suất toàn phần $S_{ttNM} = 11378,19\text{ kVA}$ và hệ số công suất tự nhiên $\cos\varphi_{ttNM} = 0,74$.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy chế tạo máy kéo" của sinh viên Lưu Xuân Bắc đã giải quyết hoàn chỉnh các bài toán kỹ thuật từ tính toán phụ tải, xác định tâm phụ tải, thiết kế lưới điện cao áp $35\text{ kV}$, mạng hạ áp $380/220\text{ V}$, hệ thống chiếu sáng đến bù công suất phản kháng và trạm biến áp phân xưởng. Các kết quả tính toán có độ chính xác cao, tuân thủ đúng quy trình kỹ thuật ngành điện và bám sát mặt bằng công nghệ thực tế của 12 hạng mục công trình. Đây là công trình đồ án kỹ thuật mẫu mực, có cấu trúc chặt chẽ và giá trị tham khảo thực tiễn cao cho chuyên ngành Điện Tự động công nghiệp.
