Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, ngành công nghiệp điện năng giữ vai trò then chốt trong việc bảo đảm cơ sở hạ tầng năng lượng cho các khu công nghiệp, nhà máy và xí nghiệp sản xuất. Đối với các cơ sở gia công chế tạo cơ khí—đặc biệt là các nhà máy cơ khí địa phương tại Việt Nam đang trong giai đoạn đầu tư, hoàn thiện công nghệ—việc xây dựng một hệ thống cung cấp điện an toàn, liên tục và tối ưu về mặt kinh tế là yêu cầu kỹ thuật tiên quyết. Đồ án tốt nghiệp của tác giả Phạm Văn Khang (người hướng dẫn: cô Dương Thị Loan, hoàn thành ngày 28 tháng 10 năm 2021) tập trung giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật cung cấp điện hoàn chỉnh cho Nhà máy cơ khí số II.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được triển khai tuần tự theo 5 nội dung kỹ thuật chính:

  1. Giới thiệu tổng quan về nhà máy, dây chuyền công nghệ và đặc điểm phụ tải.
  2. Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí / đúc nấu kim loại và toàn bộ nhà máy.
  3. Lựa chọn phương án cung cấp điện tối ưu (xác định cấp điện áp truyền tải, vị trí, số lượng, dung lượng trạm biến áp và so sánh kinh tế - kỹ thuật).
  4. Lựa chọn dây dẫn, cáp điện theo điều kiện phát nóng và các hệ số hiệu chỉnh môi trường.
  5. Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị đóng cắt, bảo vệ, đo lường trên cả lưới cao áp (trung áp) và hạ áp.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Toàn bộ hệ thống cung cấp điện từ điểm đấu nối lưới điện quốc gia (trạm biến áp trung gian) qua trạm biến áp phân xưởng đến các tủ phân phối, tủ động lực và mạng điện chiếu sáng, động lực của các thiết bị máy công cụ.
  • Phạm vi không gian: Mặt bằng Nhà máy cơ khí số II có tổng diện tích $101.473,68\text{ m}^2$, bao gồm 10 phân xưởng và khu chức năng: Cơ khí, Cơ điện, Lắp ráp, Kiểm nghiệm sản phẩm, Rèn dập cán, Sửa chữa cơ khí, Nhiệt luyện, Kho thành phẩm, Đúc nấu kim loại, Phân tích mẫu. Tuyến đường dây truyền tải từ trạm trung gian về nhà máy có chiều dài $12\text{ km}$ đến $15\text{ km}$.
  • Phạm vi thời gian và chế độ vận hành: Đồ án thiết kế dựa trên thời gian sử dụng công suất cực đại $T_{\max} = 5.000\text{ giờ}$ (và $5.500\text{ giờ/năm}$ khi xét toàn nhà máy), đồng thời tính toán dự phòng mở rộng phụ tải trong tương lai gần (2-3 năm) và dài hạn (5-10 năm).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng các thuật toán tính toán và tra cứu thông số dựa trên hệ thống giáo trình, tài liệu chuyên ngành chuẩn mực của Việt Nam:

  • Giáo trình Cung cấp điện xí nghiệp công nghiệp (Bộ môn Phát dẫn điện – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, 1978).
  • Mạng và hệ thống điện (Nguyễn Văn Đạm – Phan Đăng Khải, 1992).
  • Thiết kế cấp điện và Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến 500 kV (Ngô Hồng Quang – Vũ Văn Tẩm, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2001).
  • Hệ thống cung cấp điện của xí nghiệp công nghiệp, đô thị và nhà cao tầng (Nguyễn Công Hiền chủ biên – Nguyễn Mạnh Hoạch, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2001).

Các phương pháp nghiên cứu và tính toán kỹ thuật được tác giả tổng hợp và ứng dụng bao gồm:

  • Phương pháp xác định phụ tải tính toán (PTTT): Văn bản hệ thống hóa 6 phương pháp lý thuyết: (1) Theo công suất đặt và hệ số nhu cầu $k_{nc}$; (2) Theo hình dáng đồ thị phụ tải và công suất trung bình $P_{tb}$; (3) Theo công suất trung bình và độ lệch đồ thị phụ tải; (4) Theo công suất trung bình và hệ số cực đại ($k_{\max}$ kết hợp số thiết bị dùng điện hiệu quả $n_{hq}$); (5) Theo suất tiêu hao điện năng trên đơn vị sản phẩm $a$; (6) Theo suất trang bị điện trên đơn vị diện tích $p_0$. Trong đó, tác giả áp dụng phương pháp $n_{hq} - k_{\max}$ cho phân xưởng chi tiết có danh mục máy cụ thể, phương pháp hệ số nhu cầu $k_{nc}$ cho các phân xưởng phụ trợ chỉ biết diện tích/công suất đặt, và phương pháp suất phụ tải $p_0$ cho mạng chiếu sáng.
  • Phương pháp so sánh kinh tế - kỹ thuật: Sử dụng hàm chi phí tính toán quy đổi hàng năm $Z = (a_{vh} + a_{tc})K + C$, trong đó hệ số khấu hao vận hành $a_{vh} = 0,1$, hệ số thu hồi vốn đầu tư tiêu chuẩn $a_{tc} = 0,2$ (ứng với thời gian thu hồi vốn $K_T = 5\text{ năm}$), giá điện năng $g = 3.000\text{ đồng/kWh}$.
  • Phương pháp xác định tâm phụ tải: Dùng mô hình tọa độ trọng tâm hình học dựa trên moment công suất biểu kiến $S_{tt}$ của từng phân xưởng trên mặt bằng tọa độ $(X, Y)$.

Thiết kế kỹ thuật và triển khai tính toán

Hệ thống cung cấp điện được thiết kế đồng bộ từ cấp điện áp trung áp đến mạng phân phối hạ áp $380/220\text{ V}$:

  • Kiến trúc truyền tải và phân phối: Cấp điện áp trung áp $22\text{ kV}$ (được chọn dựa trên công thức kinh nghiệm $U = 4,34\sqrt{l + 16P}$) cấp điện cho trạm biến áp hạ áp của nhà máy; từ thanh cái hạ áp $0,4\text{ kV}$, mạng phân phối sử dụng sơ đồ hình tia cấp nguồn độc lập về tủ phân phối chính và 4 tủ động lực phân xưởng.
  • Quy chuẩn lựa chọn khí cụ và dây dẫn: Cáp và dây dẫn hạ áp được chọn theo điều kiện dòng điện phát nóng lâu dài cho phép $[I_{cp}] \ge I_{tt} / (k_1 k_2 k_3)$, có xét đến hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ môi trường ($k_1 = 0,88 - 0,96$), hệ số đặt chung rãnh cáp ($k_2 = 1$) và cấu trúc lưới ($k_3 = 1$). Khí cụ điện (Aptomat, Dao cách ly, Sứ đỡ, Cầu chì) được kiểm tra điều kiện điện áp định mức $U_{dm} \ge U_{mang}$, dòng điện định mức $I_{dm} \ge I_{lv\max}$, dòng cắt ngắn mạch $I_C \ge I_{xk}$ và độ bền lực điện động $I_{odn}$.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Mở đầu

Chương I giới thiệu vị trí pháp lý và đặc điểm công nghệ của Nhà máy cơ khí số II. Nhà máy đóng vai trò chế tạo các loại máy công cụ phục vụ sản xuất công nghiệp, được phân loại là hộ tiêu thụ loại I (đối với các phân xưởng chính trong dây chuyền sản xuất khép kín, yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện cao nhất) và loại II (đối với các phân xưởng phụ, khối hành chính). Nguồn điện được cấp từ lưới điện quốc gia qua trạm biến áp trung gian cách nhà máy $12 - 15\text{ km}$. Đa số phụ tải làm việc ở cấp điện áp $0,4\text{ kV}$, một số ít thiết bị công suất lớn (lò nhiệt) làm việc ở cấp $3\text{ kV}$. Tác giả lập bảng thống kê chi tiết 50 chủng loại thiết bị máy công cụ của phân xưởng (máy tiện ren, máy tiện tự động, máy phay đứng/ngang, máy bào, máy xọc, máy doa, máy mài, lò điện, cầu trục, máy hàn...).

Chương II: Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng và toàn nhà máy

Tác giả trình bày cơ sở lý thuyết xác định phụ tải tính toán và tiến hành phân chia 50 thiết bị trong phân xưởng thành 5 nhóm máy chính:

  • Nhóm I (17 máy): Tổng công suất đặt $P = 98,7\text{ kW}$, số thiết bị hiệu quả $n_{hq} = 17$, hệ số sử dụng $k_{sd} = 0,63$, $k_{\max} = 1,28 \to P_{tt} = 30,94\text{ kW}$, $S_{tt} = 30,94\text{ kVA}$, $I_{tt} = 47,66\text{ A}$, $Q_{tt} = 25,35\text{ kVAr}$.
  • Nhóm II (21 máy): Tổng công suất đặt $P = 108,2\text{ kW}$, $n_{hq} = 20$, $k_{sd} = 0,68$, $k_{\max} = 1,22 \to$ tính toán dòng và công suất cho nhóm mài, bào, xọc, doa.
  • Nhóm III (24 máy): Tổng công suất đặt $P = 292,3\text{ kW}$ (gồm các lò điện kiểu buồng $30\text{ kW}$, lò điện đứng $25\text{ kW}$, lò điện bể $30\text{ kW}$), $n_{hq} = 23$, $k_{sd} = 0,66$.
  • Nhóm IV (21 máy): Tổng công suất đặt $P = 142,4\text{ kW}$, có cầu trục làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại ($K_d = 64%$) được quy đổi về công suất dài hạn $P'{dm} = P{dm}\sqrt{K_d} = 6,57\text{ kW}$; $n_{hq} = 20$, $k_{sd} = 0,93$, $k_{\max} = 1,246 \to I_{tt} = 59,92\text{ A}$, $Q_{tt} = 10,7\text{ kVAr}$.
  • Nhóm V (23 máy): Tổng công suất đặt $P = 72,49\text{ kW}$ (gồm máy biến áp hàn $K_d = 49%$, máy hàn điểm $K_d = 36%$, quạt gió), $n_{hq} = 22$, $k_{sd} = 0,93$, $k_{\max} = 1,246$.
  • Phụ tải chiếu sáng phân xưởng: Diện tích phân xưởng $F_{PX} = 2.312\text{ m}^2$, suất phụ tải chiếu sáng $P_0 = 15\text{ W/m}^2 \to P_{cs} = 34,68\text{ kW}$; quy đổi cân bằng 3 pha thu được $P_{cs3f} = 11,56\text{ kW}$, dòng điện chiếu sáng $I_{cs} = 17,568\text{ A}$.
  • Phụ tải chiếu sáng toàn nhà máy: Diện tích đất trống và đường đi $F_{dt+dd} = 101.473,68 - 2.312 = 99.161,68\text{ m}^2$, $P_0 = 0,22\text{ W/m}^2 \to P_{cs1f} = 22,83\text{ kW}$, quy đổi 3 pha $P_{csNM} = 7,61\text{ kW}$.
  • Phụ tải tổng hợp toàn nhà máy: Tổng công suất tính toán tác dụng $P_{tt} = 2.072,3\text{ kW}$, công suất phản kháng $Q_{tt} = 2.511,2\text{ kVAr}$, công suất biểu kiến $S_{tt} = 3.255,8\text{ kVA}$.

Chương III: Thiết kế cung cấp điện cho toàn nhà máy

Tác giả đề xuất và phân tích 2 phương án trạm biến áp hạ áp (TBA) sử dụng máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây $22/0,4\text{ kV}$ do Công ty Thiết bị điện Đông Anh chế tạo:

  • Phương án 1: Dùng 2 máy biến áp $500\text{ kVA}$. Khi làm việc bình thường mỗi máy mang tải $S_{tt} \approx 461,57\text{ kVA}$. Khi sự cố 1 máy, hệ số quá tải sự cố $k_{qt} = 1.001,1 / (1 \times 500) = 1,33 < 1,4$ (đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật).
  • Phương án 2: Dùng 3 máy biến áp $400\text{ kVA}$. Khi làm việc bình thường mỗi máy cấp cho một nhóm phân xưởng ($S_{MBA1} = 278,34\text{ kVA}$; $S_{MBA2} = 342,25\text{ kVA}$; $S_{MBA3} = 302,56\text{ kVA}$). Khi sự cố 1 máy, hệ số quá tải $k_{qt} = 1,25 < 1,4$ (đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật).

So sánh kinh tế giữa hai phương án dựa trên tổn thất điện năng và chi phí tính toán:

Chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật Phương án 1 (2 MBA 500 kVA) Phương án 2 (3 MBA 400 kVA)
Tổng tổn thất điện năng hàng năm ($\Delta A$) $91.052,06\text{ kWh}$ $59.135,61\text{ kWh}$
Chi phí tổn thất hàng năm ($C$) $273.156.180\text{ đồng/năm}$ $177.406.830\text{ đồng/năm}$
Vốn đầu tư mua MBA ($K$) $2 \times 10^6\text{ đồng}$ (ước tính so sánh) $3 \times 10^6\text{ đồng}$ (ước tính so sánh)
Hàm chi phí quy đổi ($Z$) $429.756.180\text{ đồng/năm}$ $363.706.830\text{ đồng/năm}$
Kết luận lựa chọn Loại Được chọn (tối ưu kinh tế)

Sau khi chọn Phương án 2, tác giả tính toán tổn thất trong trạm biến áp ($\Delta P_{BA} = 10,16\text{ kW}$, $\Delta Q_{BA} = 64,4\text{ kVAr}$), xác định phụ tải toàn nhà máy sau trạm biến áp là $P_{ttNM} = 1.032,5\text{ kW}$, $Q_{ttNM} = 574,03\text{ kVAr}$, $S_{ttNM} = 1.181,34\text{ kVA}$.

Xác định trung tâm phụ tải nhà máy: Dựa vào tọa độ $(x_i, y_i)$ và công suất $S_{tti}$ của 10 phân xưởng, tính được tọa độ tâm phụ tải lý thuyết là $X = 68,38\text{ mm}$, $Y = 60,55\text{ mm}$. Nhằm bảo đảm an toàn, mỹ quan và thuận tiện đi dây, trạm biến áp được dịch chuyển sát tường rào nhà máy tại tọa độ thực tế $(1; 10)$.

Chương IV: Thiết kế mạng cung cấp điện cho phân xưởng

Tác giả lựa chọn sơ đồ mạng điện hình tia từ tủ phân phối chính đến 4 tủ động lực để đảm bảo độ tin cậy và linh hoạt vận hành. Nội dung tính chọn thiết bị hạ áp phân xưởng gồm:

  • Aptomat bảo vệ từng máy: Chọn loại A3114/1 (do Liên Xô chế tạo), $U_{dm} = 500\text{ V}$, $I_{dmATM} = 100\text{ A}$, dòng định mức móc bảo vệ $I_{dm} = 15 - 20\text{ A}$, dòng tác động tức thời $I_{tdtt} = 150 - 200\text{ A}$.
  • Aptomat bảo vệ phân xưởng: Chọn loại AB-4 (Liên Xô), $U_{dm} = 400\text{ V}$, $I_{dm} = 400\text{ A}$, $I_{xk} = 42\text{ kA}$, thời gian cắt tức thời $0,06\text{ s}$.
  • Aptomat tủ động lực và chiếu sáng: Chọn loại EA103-G ($3\text{ cực}, 380\text{ V}, 60 - 100\text{ A}$) và EA53-G ($380\text{ V}, 20\text{ A}$) do Nhật Bản chế tạo.
  • Cáp động lực: Sử dụng cáp đồng hạ áp 4 lõi cách điện PVC do hãng LENS chế tạo:
    • Cáp từ tủ động lực đến từng máy: tiết diện $4\text{G}1,5\text{ mm}^2$ và $4\text{G}2,5\text{ mm}^2$ ($I_{cp} = 31\text{ A}$).
    • Cáp từ tủ phân phối đến tủ động lực: Nhóm I ($4\text{G}6\text{ mm}^2$), Nhóm II ($4\text{G}6\text{ mm}^2$), Nhóm III ($4\text{G}10\text{ mm}^2$), Nhóm IV ($4\text{G}4\text{ mm}^2$).
    • Cáp từ thanh cái hạ áp đến các phân xưởng: từ $4\text{G}6\text{ mm}^2$ (Kho thành phẩm) đến $4\text{G}185\text{ mm}^2$ (Đúc nấu kim loại, Cơ khí).
  • Tủ điện: Chọn tủ phân phối hạ áp và tủ động lực chuyên dụng do SAREL chế tạo (chiều cao $1.800\text{ mm}$, 1 cánh phẳng).

Chương V: Chọn các thiết bị trong mạng điện nhà máy

Tác giả tiến hành tính chọn và kiểm tra đồng bộ các thiết bị cao áp và hạ áp toàn nhà máy:

  • Đường dây cấp nguồn cao áp: Chọn 2 lộ đường dây trên không dây nhôm lõi thép do CADIVI chế tạo, quy cách $S_{dm} = 10/1,8\text{ mm}^2$, $I_{cp} = 65\text{ A}$, $r_0 = 2,7046\text{ }\Omega\text{/km}$ (dòng làm việc cực đại khi sự cố $I_{lv\max} = 52,96\text{ A} \to [I_{dd}] = 54,7\text{ A}$).
  • Khí cụ cao áp $22\text{ kV}$:
    • Sứ đỡ thanh cái cao áp ngoài trời: Loại OIIIH-22-2000 (Liên Xô chế tạo, $U_{dm} = 22\text{ kV}$, điện áp phóng điện ướt $80\text{ kV}$, tải trọng phá hoại $2.000\text{ kg}$, khối lượng $44,6\text{ kg}$).
    • Dao cách ly đầu vào nhà máy và đầu vào TBA: Loại ngoài trời DN-22/400 do Công ty Thiết bị điện Đông Anh chế tạo ($U_{dm} = 22\text{ kV}$, $I_{dm} = 400\text{ A}$, dòng ổn định động $I_{odn} = 31\text{ kA}$, dòng ổn định nhiệt $I_{Nm} = 12\text{ kA}$, khối lượng $215\text{ kg}$).
    • Cầu chì tự rơi (FCO) và van chống sét bảo vệ quá điện áp.
  • Khí cụ hạ áp $0,4\text{ kV}$:
    • Aptomat tổng đầu ra MBA: Chọn 2 bộ loại AB-20 (Liên Xô), $U_{dm} = 400\text{ V}$, $I_{dm} = 2.000\text{ A}$, dòng cắt định mức $I_{xk} = 65\text{ kA}$ (kiểm tra với dòng làm việc lớn nhất $I_{lv\max} = 1.595,31\text{ A}$).
    • Thanh cái hạ áp: Chọn thanh đồng đặt nằm ngang chịu dòng phát nóng $[I] = 1.908,26\text{ A}$.
    • Sứ đỡ thanh cái hạ áp trong nhà: Loại O-1-375 (Liên Xô), $U_{dm} = 1\text{ kV}$, tải trọng phá hoại $375\text{ kg}$.
    • Aptomat liên lạc thanh cái hạ áp: Chọn 2 bộ loại M16 do Merlin Gerin chế tạo, $U_{dm} = 690\text{ V}$, $I_{dm} = 1.600\text{ A}$, $I_{xk} = 40\text{ kA}$ (kiểm tra với dòng cưỡng bức $I_{lv\max} = 1.521,01\text{ A}$ khi MBA1 gặp sự cố).

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã hoàn thành trọn vẹn bản tính toán thiết kế kỹ thuật cho hệ thống điện Nhà máy cơ khí số II với các kết quả định lượng cụ thể:

  • Xác định chính xác tổng phụ tải tính toán toàn nhà máy sau trạm biến áp đạt $P_{ttNM} = 1.032,5\text{ kW}$, $Q_{ttNM} = 574,03\text{ kVAr}$, $S_{ttNM} = 1.181,34\text{ kVA}$.
  • Chứng minh tính ưu việt của phương án sử dụng 3 MBA $400\text{ kVA} - 22/0,4\text{ kV}$ (Đông Anh) so với phương án 2 MBA $500\text{ kVA}$, giúp tiết giảm chi phí tổn thất điện năng hàng năm từ $273.156.180\text{ đồng}$ xuống $177.406.830\text{ đồng}$ (giảm $35,05%$), đưa hàm chi phí quy đổi $Z$ giảm từ $429.756.180\text{ đồng/năm}$ xuống $363.706.830\text{ đồng/năm}$.
  • Đề xuất sơ đồ phân phối hình tia phân cấp rõ ràng, lựa chọn đầy đủ danh mục cáp ngầm LENS (từ $4\text{G}1,5$ đến $4\text{G}185\text{ mm}^2$), tủ phân phối SAREL, hệ thống Aptomat bảo vệ phân tầng (A3114/1, AB-4, EA103-G, AB-20, M16 Merlin Gerin) và định vị tối ưu trạm biến áp tại tọa độ $(1; 10)$ sát tường rào bảo đảm an toàn vận hành.
  • Đóng góp chính của tác giả là đã cụ thể hóa phương pháp xác định phụ tải tính toán $n_{hq} - k_{\max}$ trên tập dữ liệu phụ tải thực tế gồm 50 thiết bị cơ khí đa dạng chế độ làm việc (dài hạn, ngắn hạn lặp lại của cầu trục, máy hàn), tạo thành tài liệu mẫu có tính ứng dụng cao cho thiết kế điện công nghiệp địa phương.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên phạm vi và nội dung trình bày trong văn bản, đồ án tồn tại một số điểm giới hạn kỹ thuật:

  • Hạn chế: Đồ án chưa thực hiện chương tính toán chi tiết dòng ngắn mạch tại các điểm nút trên lưới hạ áp mà chủ yếu kiểm tra khí cụ theo dòng ngắn mạch định mức cho phép ($I_{xk}$); số liệu dung lượng bù công suất phản kháng chưa được tính toán thành một chương riêng biệt để nâng cao hệ số công suất $\cos\varphi$; các phương án trạm biến áp so sánh dừng lại ở mức ước tính vốn đầu tư thiết bị chính mà chưa lập dự toán chi tiết toàn bộ phụ kiện xây lắp.
  • Hướng phát triển: Tính toán thiết kế hệ thống bù tự động công suất phản kháng tại thanh cái $0,4\text{ kV}$; phân tích chi tiết dòng ngắn mạch duy trì và xung kích bằng phần mềm mô phỏng chuyên dụng; nghiên cứu giải pháp tích hợp nguồn điện mặt trời áp mái nhà xưởng nhằm giảm chi phí mua điện năng từ lưới quốc gia.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo trực tiếp cho:

  • Sinh viên các ngành Kỹ thuật Điện, Hệ thống điện, Điện công nghiệp và Tự động hóa khi thực hiện đồ án môn học Thiết kế cung cấp điện hoặc đồ án tốt nghiệp đại học.
  • Kỹ sư thiết kế điện công nghiệp cần tài liệu tra cứu về quy trình phân nhóm phụ tải, phương pháp xác định số thiết bị hiệu quả $n_{hq}$, phương pháp quy đổi công suất thiết bị ngắn hạn lặp lại (cầu trục, máy hàn), và các bảng tra thông số khí cụ điện thực tế (Đông Anh, CADIVI, Merlin Gerin, SAREL, thiết bị chuẩn Liên Xô).
  • Phần đáng tham khảo nhất trong văn bản là các bước tính toán chi tiết hệ số $n_{hq}$, $k_{\max}$ cho 5 nhóm máy tại Chương II và phương pháp luận so sánh kinh tế - kỹ thuật trạm biến áp qua hàm chi phí $Z$ tại Chương III.

Câu hỏi thường gặp

1. Phân xưởng trong đồ án được chia làm bao nhiêu nhóm máy và tính toán theo phương pháp nào?

Phân xưởng được chia thành 5 nhóm máy chính với tổng cộng 50 thiết bị (Nhóm I: 17 máy; Nhóm II: 21 máy; Nhóm III: 24 máy; Nhóm IV: 21 máy; Nhóm V: 23 máy—một số máy thuộc nhiều công đoạn bố trí liên đới). Phương pháp tính toán được áp dụng là phương pháp công suất trung bình và hệ số cực đại ($P_{tb}$ và $k_{\max}$) thông qua xác định số thiết bị dùng điện hiệu quả $n_{hq}$.

2. Thiết bị có chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại (cầu trục, máy hàn) được quy đổi công suất như thế nào?

Cầu trục ($K_d = 64%$) được quy đổi về chế độ dài hạn theo công thức $P'{dm} = P{dm}\sqrt{K_d} = 19,36\sqrt{0,64} = 6,57\text{ kW}$. Máy biến áp hàn ($K_d = 49%$) và máy hàn điểm ($K_d = 36%$) cũng được quy đổi tương tự trước khi đưa vào tính toán tổng công suất nhóm và xác định số thiết bị hiệu quả $n_{hq}$.

3. Tại sao phương án 3 MBA 400 kVA được lựa chọn thay vì 2 MBA 500 kVA?

Cả hai phương án đều đáp ứng yêu cầu kỹ thuật về khả năng mang tải bình thường và quá tải sự cố ($k_{qt} \le 1,4$). Tuy nhiên, Phương án 2 có tổn thất điện năng hàng năm thấp hơn đáng kể ($59.135,61\text{ kWh}$ so với $91.052,06\text{ kWh}$), dẫn đến hàm chi phí tính toán quy đổi hàng năm $Z_{II} = 363.706.830\text{ đồng/năm}$ thấp hơn $Z_I = 429.756.180\text{ đồng/năm}$ (tiết kiệm hơn $66\text{ triệu đồng/năm}$).

4. Tọa độ tâm phụ tải lý thuyết là bao nhiêu và tại sao trạm biến áp lại đặt tại tọa độ (1; 10)?

Tọa độ tâm phụ tải tính toán lý thuyết trên bản vẽ mặt bằng là $X = 68,38\text{ mm}$, $Y = 60,55\text{ mm}$. Tác giả dịch chuyển trạm biến áp về tọa độ thực tế $(1; 10)$ sát tường rào nhà máy nhằm bảo đảm mỹ quan công nghiệp, an toàn phòng chống cháy nổ và thuận tiện cho việc đấu nối tuyến cáp nguồn $22\text{ kV}$ đi vào trạm.

5. Loại Aptomat nào được lựa chọn cho vị trí liên lạc trên thanh cái hạ áp?

Vị trí liên lạc thanh cái hạ áp sử dụng 2 bộ Aptomat kiểu M16 do hãng Merlin Gerin chế tạo, có các thông số kỹ thuật định mức: $U_{dm} = 690\text{ V}$, dòng điện định mức $I_{dm} = 1.600\text{ A}$, khả năng cắt dòng ngắn mạch $I_{xk} = 40\text{ kA}$, đáp ứng dòng làm việc lớn nhất khi sự cố 1 máy biến áp là $I_{lv\max} = 1.521,01\text{ A}$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Phạm Văn Khang đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế hệ thống cung cấp điện cho Nhà máy cơ khí số II theo đúng quy trình quy chuẩn kỹ thuật điện hiện hành. Bằng việc ứng dụng phương pháp số thiết bị hiệu quả $n_{hq}$ kết hợp hàm so sánh chi phí kinh tế $Z$, tác giả đã xác định chính xác cấu hình trạm biến áp tối ưu gồm 3 máy biến áp $400\text{ kVA} - 22/0,4\text{ kV}$ và mạng phân phối hình tia hạ áp an toàn. Toàn bộ hệ thống cáp truyền tải, tủ phân phối SAREL và các thiết bị bảo vệ đóng cắt (Aptomat AB-20, M16, A3114/1, dao cách ly DN-22/400) đều được tính chọn, kiểm tra độ bền nhiệt và lực điện động đồng bộ. Công trình là tài liệu tham khảo học thuật có giá trị thực tiễn cao cho việc nghiên cứu và triển khai thiết kế mạng điện xí nghiệp công nghiệp.