Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Điện năng là nguồn năng lượng thiết yếu, giữ vai trò quyết định trong việc phát triển kinh tế - xã hội, đô thị hóa và công nghiệp hóa. Trong các khu công nghiệp tập trung, việc thiết kế một hệ thống cung cấp điện an toàn, liên tục, tin cậy và đạt hiệu quả kinh tế cao là yêu cầu bắt buộc đối với hoạt động sản xuất. Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy số 2 Công ty TNHH Công nghệ NISSEI Việt Nam (Khu công nghiệp Phúc Điền, Hải Dương)" được sinh viên Nguyễn Ngọc Hải (Lớp K9.KTĐ, Khóa 2019 – 2024, Khoa Kỹ thuật và Công nghệ, Trường Đại học Hải Dương) thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Vũ Tiến Thủy, nhằm giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật lưới điện xí nghiệp công nghiệp.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể như sau:
- Khảo sát, tìm hiểu thực trạng tiêu thụ điện năng và yêu cầu cấp điện của các dây chuyền sản xuất, phân xưởng trong nhà máy.
- Hệ thống hóa cơ sở lý luận, phương pháp tính toán phụ tải điện, thiết kế mạng điện chiếu sáng và mạng điện động lực công nghiệp.
- Xác định phụ tải tính toán cho từng nhóm máy, từng phân xưởng và toàn bộ nhà máy; thiết kế mạng điện chiếu sáng phân xưởng.
- Lựa chọn sơ đồ cấp điện, tính chọn số lượng, dung lượng và vị trí trạm biến áp; so sánh các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật để xác định phương án cấp điện tối ưu.
- Tính chọn và kiểm nghiệm khí cụ điện, dây dẫn, cáp điện theo điều kiện phát nóng và dòng ngắn mạch; thiết kế hệ thống bù công suất phản kháng, hệ thống nối đất an toàn và chống sét bảo vệ công trình.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống cung cấp điện nhà máy công nghiệp (trong phần mở đầu xác định tại Nhà máy số 2 Công ty TNHH Công nghệ NISSEI Việt Nam; trong các chương tính toán kỹ thuật chi tiết sử dụng dữ liệu mặt bằng, công nghệ của Công ty TNHH Laurelton Diamonds Việt Nam).
- Phạm vi nghiên cứu: Khu văn phòng và toàn bộ các nhà xưởng sản xuất của nhà máy; bao gồm mạng phân phối trung áp/cao áp, trạm phân phối trung tâm, các trạm biến áp phân xưởng, mạng hạ áp 0,4 kV, mạng chiếu sáng, hệ thống bù công suất phản kháng, nối đất và chống sét.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Đồ án xây dựng trên nền tảng lý thuyết thiết kế cung cấp điện xí nghiệp công nghiệp, kết hợp các quy chuẩn kỹ thuật điện hiện hành:
- Khung lý thuyết tính toán phụ tải: Phân tích đặc tính phụ tải điện qua đồ thị phụ tải (ngày, tháng, năm), các chế độ làm việc (dài hạn, ngắn hạn, ngắn hạn lặp lại với hệ số đóng điện $\varepsilon$), các thông số $P_{\max}, Q_{\max}, \cos\varphi, A, A_r$ và thời gian sử dụng công suất cực đại $T_{\max} = \frac{A}{P_{\max}}$.
- Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo các giai đoạn:
- Giai đoạn dự án khả thi: Xác định theo suất phụ tải trên diện tích $S = S_0 \cdot D$ hoặc theo sản lượng sản xuất $P = \frac{a \cdot M}{T_{\max}}$.
- Giai đoạn xây dựng nhà xưởng: Tính toán phụ tải động lực theo công suất đặt và hệ số nhu cầu $P_{dl} = k_{nc} \cdot P_d$; tính phụ tải chiếu sáng theo diện tích $P_{cs} = p_0 \cdot F$.
- Giai đoạn thiết kế chi tiết: Quy trình tính toán ngược từ thiết bị dùng điện về nguồn qua 8 điểm nút (xác định chế độ làm việc, phương pháp số thiết bị hiệu quả $n_{hq}$, tính tổn thất đường dây $\Delta S_{dd}$, tổn thất máy biến áp $\Delta S_B$, dự báo tăng trưởng phụ tải trong 5 – 10 năm); quy đổi công suất phụ tải 1 pha về 3 pha tương đương ($P_{dmtd} = 3 P_{dmfa}$ hoặc $P_{dmtd} = 3 P_{dmfamax}$).
- Hệ thống hệ số tính toán: Hệ số sử dụng ($k_{sd}$), hệ số phụ tải ($k_{pt}$), hệ số cực đại ($k_{\max}$ tra theo $n_{hq}$ và $k_{sd}$), hệ số nhu cầu ($k_{nc} = k_{\max} \cdot k_{sd}$), hệ số đồng thời ($k_{dt}$), số thiết bị dùng điện có hiệu quả ($n_{hq}$).
- Phương pháp thiết kế chiếu sáng: Áp dụng phương pháp hệ số sử dụng quang thông (phương pháp $k_{sd}$) để xác định số lượng, công suất bóng đèn sợi đốt chao vạn năng dựa trên độ rọi yêu cầu $E$, diện tích $S$, hệ số dự trữ $k$, hệ số tính toán $Z$, chỉ số phòng và hệ số phản xạ của tường, trần.
- Phương pháp tính toán lưới điện cao áp và bảo vệ: Phương pháp tính dòng ngắn mạch kiểm tra ổn định nhiệt và ổn định lực điện động; phương pháp so sánh chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật lựa chọn phương án đi dây; phương pháp nâng cao hệ số công suất bằng tụ bù tĩnh; phương pháp tính điện trở nối đất và phạm vi bảo vệ của kim thu sét.
Nguồn dữ liệu sử dụng:
- Mặt bằng tổng thể nhà máy và bản vẽ mặt bằng phân xưởng sửa chữa cơ khí (phân xưởng số 8).
- Danh mục công suất đặt và diện tích của 10 hạng mục công trình/phân xưởng.
- Bảng thông số kỹ thuật chi tiết của 26 thiết bị máy công cụ thuộc phân xưởng sửa chữa cơ khí.
- Bảng tra thông số khí cụ điện, thiết bị từ các nhà sản xuất: máy biến áp ABB, tủ phân phối đầu vào 8DH10 (Siemens), aptomat C60H và NC45a (Merlin Gerin), cáp điện lực LENS, cáp cách điện XLPE.
Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật
Hệ thống cung cấp điện của nhà máy được thiết kế theo cấu trúc phân cấp hoàn chỉnh từ nguồn trung áp đến từng thiết bị tiêu thụ hạ áp:
- Cấu trúc mạng nguồn và trạm biến áp: Nguồn điện được cấp từ Trạm biến áp trung gian (TBATG) qua đường dây dẫn về Trạm phân phối trung tâm (PPTT) của nhà máy. Tại trạm PPTT, điện năng được phân phối tới các Trạm biến áp phân xưởng (TBAPX) để hạ áp xuống $0,4\text{ kV}$ (điện áp dây $380\text{ V}$, điện áp pha $220\text{ V}$).
- Mạng phân phối hạ áp phân xưởng:
- Phân xưởng sửa chữa cơ khí được chia thành 4 nhóm thiết bị động lực độc lập. Tủ phân phối phân xưởng nhận nguồn từ TBAPX, cấp tới các tủ động lực nhánh và tủ chiếu sáng.
- Sử dụng aptomat tổng và aptomat phân đoạn 4 cực do Merlin Gerin chế tạo; đường trục hạ áp dùng cáp đồng 4 lõi vỏ PVC của hãng LENS.
- Mạng điện chiếu sáng: Thiết kế đường dây và tủ chiếu sáng tách rời hoàn toàn khỏi mạng động lực nhằm duy trì độ lệch điện áp trong giới hạn cho phép $\le 2,5% U_{dm}$ (trong khi mạng động lực cho phép $\le 5% U_{dm}$). Lộ chiếu sáng được cấp bảo vệ bằng aptomat tổng C60H ($415\text{ V}, 25\text{ A}$) và 11 aptomat nhánh NC45a ($400\text{ V}, 6\text{ A}$), sử dụng cáp đồng LENS $4\times 2,5\text{ mm}^2$ và $2\times 1,5\text{ mm}^2$.
- Mạng điện cao áp và khí cụ đóng cắt:
- Nghiên cứu 3 phương án đi dây cao áp nội bộ nhà máy, tính toán tổn thất công suất ($\Delta P, \Delta Q$) và tổn thất điện năng ($\Delta A$), lựa chọn phương án tối ưu về kinh tế - kỹ thuật.
- Sử dụng tủ hợp bộ đầu vào 8DH10, máy cắt cao áp, dao cách ly, máy biến điện áp (TU), máy biến dòng điện (TI), cầu chì cao áp và máy biến áp do hãng ABB chế tạo.
- Bù công suất, nối đất và chống sét:
- Tính toán lắp đặt dàn tụ bù tĩnh tại các trạm biến áp phân xưởng nhằm nâng cao hệ số công suất từ $\cos\varphi = 0,76$ lên mức yêu cầu của ngành điện.
- Thiết kế hệ thống nối đất an toàn kết hợp nối đất làm việc; lắp đặt kim thu sét bảo vệ trực tiếp toàn bộ khuôn viên công trình nhà xưởng.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Cơ sở lý luận về thiết kế cung cấp điện
Chương 1 hệ thống hóa các khái niệm, yêu cầu và quy trình kỹ thuật làm nền tảng cho việc lập dự án cung cấp điện xí nghiệp công nghiệp. Tác giả phân tích các dạng sơ đồ lấy điện bên ngoài (từ hệ thống điện về trạm phân phối chính) và sơ đồ cung cấp điện bên trong (từ trạm trung tâm đến các trạm biến áp phân xưởng theo sơ đồ hình tia, liên thông hoặc hỗn hợp).
Nội dung trọng tâm của chương tập trung vào lý thuyết tính toán phụ tải điện:
- Phân loại đồ thị phụ tải ngày, tháng, năm; định nghĩa các thông số kỹ thuật cốt lõi: phụ tải cực đại ($P_{\max}, Q_{\max}$), hệ số công suất ($\cos\varphi$), điện năng tiêu thụ ($A, A_r$), hệ số điền kín đồ thị và thời gian sử dụng công suất cực đại $T_{\max}$.
- Trình bày 3 chế độ làm việc của thiết bị điện: chế độ dài hạn, chế độ ngắn hạn và chế độ ngắn hạn lặp lại (đặc trưng bởi hệ số đóng điện $\varepsilon = \frac{t_{lv}}{t_{lv} + t_{nghi}} \cdot 100%$).
- Phân tích ưu nhược điểm của 4 phương pháp xác định phụ tải tính toán:
- Phương pháp theo suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị sản phẩm: $P_{tt} = \frac{M \cdot W_0}{T_{\max}}$ (độ chính xác khá, áp dụng cho bơm, quạt, máy nén khí).
- Phương pháp theo suất phụ tải trên đơn vị diện tích sản xuất: $P_{tt} = P_0 \cdot S$ (dùng cho thiết kế sơ bộ).
- Phương pháp theo công suất đặt và hệ số nhu cầu: $P_{tt} = k_{nc} \sum P_d$, $Q_{tt} = P_{tt} \cdot \text{tg}\varphi$, $S_{tt} = k_{dt} \sqrt{P_{tt}^2 + Q_{tt}^2}$ (đơn giản, phổ biến nhưng độ chính xác phụ thuộc bảng tra).
- Phương pháp theo hệ số cực đại ($k_{\max}$) và công suất trung bình: $P_{tt} = k_{\max} \cdot k_{sd} \sum P_d$ (độ chính xác cao nhất do xét tới số thiết bị hiệu quả $n_{hq}$ và chế độ vận hành thực tế).
Chương 2: Tính toán phụ tải và thiết kế hệ thống chiếu sáng Công ty TNHH Laurelton Diamonds Việt Nam
Chương 2 áp dụng các phương pháp lý thuyết vào mặt bằng công nghệ của nhà máy chế tác kim cương. Dây chuyền sản xuất gồm các công đoạn: Vệ sinh $\rightarrow$ Gia công cắt/Phân loại $\rightarrow$ Mài tạo hình/Lắp ráp $\rightarrow$ Kiểm tra $\rightarrow$ Sản phẩm (xử lý kim cương thô qua các bước cạo vỏ, lấy mẫu, chia nhỏ, đánh bóng, cắt và mài). Nhà máy làm việc 3 ca liên tục, thời gian sử dụng công suất cực đại $T_{\max} = 4500\text{ h}$, thuộc hộ tiêu thụ điện loại 1.
Dữ liệu diện tích và công suất đặt của các hạng mục trong nhà máy được tổng hợp trong bảng sau:
| STT |
Ký hiệu mặt bằng |
Tên phân xưởng / Hạng mục |
Diện tích $S$ ($\text{m}^2$) |
Công suất đặt $P_d$ ($\text{kW}$) |
| 1 |
1 |
Phân xưởng xử lý nguyên liệu thô |
2600 |
2500 |
| 2 |
2 |
Phân xưởng cắt |
3500 |
2200 |
| 3 |
3 |
Phân xưởng mài |
3000 |
1800 |
| 4 |
4 |
Phân xưởng lắp ráp |
900 |
400 |
| 5 |
5 |
Phân xưởng rèn |
3000 |
1600 |
| 6 |
6 |
Trạm bơm |
600 |
450 |
| 7 |
7 |
Phân xưởng nén khí |
1500 |
800 |
| 8 |
8 |
Phân xưởng sửa chữa cơ khí |
825 |
250,5 (theo danh mục 26 máy) |
| 9 |
9 |
Ban quản lý nhà máy |
600 |
120 |
| 10 |
10 |
Chiếu sáng toàn phân xưởng |
16525 |
Tính theo diện tích |
Tác giả tiến hành tính toán chi tiết phụ tải cho Phân xưởng sửa chữa cơ khí (26 máy công cụ chia thành 4 nhóm theo phương pháp $k_{\max}$ và $n_{hq}$):
- Nhóm 1: Gồm 13 máy tiện ren, tiện chính xác cao, bào ngang, phay ngang, phay đứng ($\sum P_d = 72,6\text{ kW}$). Tính được $k_{sd} = 0,65$, $\cos\varphi = 0,72$, tỉ số $m = \frac{P_{\max}}{P_{\min}} = \frac{14}{1,7} = 8,2$, số thiết bị hiệu quả $n_{hq} = 10,53$, tra $k_{\max} = 1,25 \rightarrow P_{tt1} = 59\text{ kW}$, $Q_{tt1} = 56,64\text{ kVAr}$, $S_{tt1} = 61,45\text{ kVA}$, $I_{tt1} = 93,36\text{ A}$.
- Nhóm 2: Gồm 11 máy mài trong, mài phẳng, mài tròn, cắt mép, giũa, biến áp hàn ($\sum P_d = 61,4\text{ kW}$) $\rightarrow P_{tt2} = 32,3\text{ kW}$.
- Nhóm 3: Gồm 6 máy mài dao cắt gọt, mài mũi khoan, mài sắc, mài dao chuốt, mài mũi khoét, mài phá ($\sum P_d = 62\text{ kW}$) $\rightarrow P_{tt3} = 59,2\text{ kW}$.
- Nhóm 4: Gồm 9 máy khoan đứng, khoan hướng tâm, khoan bàn, doa tọa độ ($\sum P_d = 54,5\text{ kW}$) $\rightarrow P_{tt4} = 34,4\text{ kW}$.
- Tổng hợp phân xưởng sửa chữa cơ khí: Hệ số đồng thời $k_{dt} = 0,85 \rightarrow P_{ttpx} = 0,85 \times (59 + 32,3 + 59,2 + 34,4) = 157,1\text{ kW}$. Phụ tải chiếu sáng $P_{cs} = p_0 \cdot F = 0,015 \times 600 = 9\text{ kW}$. Tổng phụ tải phân xưởng: $P_{Px} = 166,1\text{ kW}$, $Q_{Px} = 140,1\text{ kVAr}$, $S_{Px} = 217,3\text{ kVA}$, $\cos\varphi = 0,76$.
Kết quả tính toán phụ tải động lực và chiếu sáng cho toàn bộ nhà máy được tổng hợp như sau:
| Tên phân xưởng |
$P_d$ ($\text{kW}$) |
$P_{dl}$ ($\text{kW}$) |
$P_{cs}$ ($\text{kW}$) |
$P_{tt}$ ($\text{kW}$) |
$Q_{tt}$ ($\text{kVAr}$) |
$S_{tt}$ ($\text{kVA}$) |
| PX xử lý nguyên liệu thô |
2500 |
1250 |
39 |
1289 |
937,5 |
1593,87 |
| Phân xưởng cắt |
2200 |
660 |
49 |
709 |
877,8 |
1128,37 |
| Phân xưởng mài |
1800 |
1080 |
39 |
1119 |
810 |
1381,4 |
| Phân xưởng nén khí |
800 |
560 |
18 |
578 |
420 |
714,8 |
| Phân xưởng rèn |
1600 |
800 |
45 |
845 |
816,16 |
1174,8 |
| Trạm bơm |
450 |
225 |
6 |
231 |
168,75 |
286,07 |
| PX sửa chữa cơ khí |
250,5 |
157,1 |
9 |
166,1 |
140,1 |
217,3 |
| Phân xưởng lắp ráp |
400 |
200 |
12,6 |
212,6 |
204 |
293,64 |
| Ban quản lý nhà máy |
120 |
72 |
9 |
81 |
59,58 |
100,5 |
| Tổng các phân xưởng |
— |
— |
— |
5230,7 |
4433,89 |
— |
Tổng hợp phụ tải toàn nhà máy với hệ số đồng thời $k_{dt} = 0,8$:
- Công suất tác dụng tính toán: $P_{ttnm} = 0,8 \times 5230,7 = 4184,56\text{ kW}$.
- Công suất phản kháng tính toán: $Q_{ttnm} = 0,8 \times 4433,89 = 3547,112\text{ kVAr}$.
- Công suất biểu kiến tính toán: $S_{ttnm} = \sqrt{4184,56^2 + 3547,112^2} = 5485,66\text{ kVA}$.
- Hệ số công suất tự nhiên toàn nhà máy: $\cos\varphi_{nm} = \frac{4184,56}{5485,66} = 0,76$.
Về thiết kế chiếu sáng:
- Phân xưởng sửa chữa cơ khí ($55\text{ m} \times 15\text{ m}$, diện tích $825\text{ m}^2$, chiều cao trần $5\text{ m}$, chiều cao treo đèn so với mặt công tác $H = 3,5\text{ m}$): Bố trí 33 bóng đèn sợi đốt chao vạn năng $200\text{ W}$ ($F = 2528\text{ lm}, 220\text{ V}$) chia làm 11 dãy $\times$ 3 bóng, khoảng cách các bóng $5\text{ m}$, cách tường $2,5\text{ m}$. Cáp nguồn từ tủ phân phối tới tủ chiếu sáng dùng cáp đồng LENS $4\times 2,5\text{ mm}^2$ ($I_{cp} = 41\text{ A}$), aptomat tổng C60H ($415\text{ V}, 25\text{ A}, 10\text{ kA}$), 11 aptomat nhánh NC45a ($400\text{ V}, 6\text{ A}, 4,5\text{ kA}$), dây dẫn tới bóng đèn loại $2\times 1,5\text{ mm}^2$ ($I_{cp} = 26\text{ A}$).
- Phân xưởng xử lý nguyên liệu thô ($2600\text{ m}^2$): Chia thành 3 khu chiếu sáng ($868\text{ m}^2/\text{khu}$), độ rọi yêu cầu $E = 100\text{ lx}$, bố trí 32 bóng/khu (4 dãy $\times$ 8 bóng), khoảng cách giữa các đèn $L = 5\text{ m}$.
Chương 3: Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho Công ty TNHH Laurelton Diamonds Việt Nam
Chương 3 triển khai toàn bộ các giải pháp kỹ thuật cho mạng cao áp, trạm biến áp và các biện pháp bảo vệ:
- Thiết kế mạng hạ áp: Xây dựng sơ đồ cung cấp điện từ tủ phân phối phân xưởng đến các tủ động lực; tính chọn cáp hạ áp, aptomat tổng và aptomat phân đoạn theo điều kiện dòng phát nóng cho phép và phối hợp bảo vệ.
- Thiết kế mạng cao áp và Trạm biến áp:
- Xác định vị trí, số lượng và chọn dung lượng máy biến áp phân xưởng sử dụng dòng máy biến áp do ABB chế tạo.
- Tính toán tổn thất công suất tác dụng ($\Delta P$), tổn thất công suất phản kháng ($\Delta Q$) và tổn thất điện năng tiêu hao hàng năm ($\Delta A$) trong các máy biến áp và trên các đường cáp.
- Đề xuất và so sánh chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của 3 phương án cấp điện cao áp (tính toán vốn đầu tư, chi phí vận hành hàng năm, tổn thất điện năng) để chọn ra phương án tối ưu.
- Trạm phân phối trung tâm (PPTT): Tính chọn đường cáp từ TBATG về PPTT; lựa chọn tủ đầu vào hợp bộ 8DH10 (Siemens), máy cắt cao áp, dao cách ly, máy biến dòng (TI), máy biến điện áp (TU), cầu chì cao áp và thiết bị bảo vệ 4 cực của Merlin Gerin.
- Tính toán ngắn mạch: Thiết lập sơ đồ thay thế, tính điện kháng, điện trở các nhánh và xác định dòng ngắn mạch ba pha duy trì, dòng xung kích tại các điểm nút nhằm kiểm tra độ bền điện động và độ bền nhiệt của dây dẫn, thanh cái, khí cụ điện đã chọn.
- Bù công suất phản kháng: Xác định tổng dung lượng bù cần thiết để nâng hệ số công suất từ $\cos\varphi = 0,76$ lên mức quy định ($\cos\varphi \ge 0,9$); phân bổ dung lượng tụ bù tối ưu về thanh cái hạ áp của các trạm biến áp phân xưởng.
- Hệ thống nối đất và chống sét: Tính toán điện trở nối đất an toàn và nối đất làm việc cho nhà máy; bố trí mạng lưới cọc tiếp địa, thanh nối; lựa chọn quy cách và tính toán phạm vi bảo vệ của kim thu sét cho toàn bộ mái công trình xí nghiệp.
Kết quả và đóng góp
Các kết quả kỹ thuật cụ thể đạt được trong đồ án:
- Xác định đầy đủ, chính xác các thông số phụ tải của 10 phân xưởng/hạng mục: tổng phụ tải tính toán toàn nhà máy đạt $P_{ttnm} = 4184,56\text{ kW}$, $Q_{ttnm} = 3547,112\text{ kVAr}$, $S_{ttnm} = 5485,66\text{ kVA}$, hệ số công suất tự nhiên $\cos\varphi = 0,76$.
- Hoàn thành bảng tính toán phụ tải chi tiết cho 26 thiết bị phân xưởng sửa chữa cơ khí chia thành 4 nhóm độc lập với tổng công suất tác dụng tính toán $P_{Px} = 166,1\text{ kW}$, công suất biểu kiến $S_{Px} = 217,3\text{ kVA}$.
- Thiết kế hệ thống chiếu sáng công nghiệp đạt chuẩn độ rọi cho xưởng cơ khí ($30\text{ lx}$, 33 bóng đèn $200\text{ W}$) và xưởng xử lý nguyên liệu thô ($100\text{ lx}$, 96 bóng chia làm 3 cụm); thiết kế tủ chiếu sáng và tuyến cáp LENS riêng biệt.
- Xây dựng giải pháp kỹ thuật lưới cao áp, tính chọn máy biến áp ABB, tủ phân phối Siemens 8DH10, thiết bị đóng cắt bảo vệ Merlin Gerin, tính toán ngắn mạch, bù công suất phản kháng, nối đất và hệ thống kim thu sét chống sét trực tiếp.
Giải pháp và kiến nghị của tác giả:
- Đề xuất phân tách hoàn toàn tuyến cấp nguồn chiếu sáng và mạng động lực từ đầu cực hạ áp máy biến áp nhằm triệt tiêu hiện tượng sụt áp dao động do khởi động động cơ công suất lớn.
- Khuyến nghị lắp đặt dàn tụ bù tĩnh phân tán tại các trạm biến áp phân xưởng để giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng trên đường dây truyền tải nội bộ.
- Chuẩn hóa hệ thống bảo vệ chọn lọc bằng các khí cụ đóng cắt tự động thế hệ mới có khả năng cắt dòng ngắn mạch lớn.
Đóng góp của đề tài:
- Đưa ra phương án thiết kế hệ thống cung cấp điện đồng bộ, hoàn chỉnh từ khâu tính toán lý thuyết đến lựa chọn thiết bị thực tế cho một nhà máy sản xuất công nghiệp.
- Cung cấp tài liệu tham khảo có giá trị ứng dụng cao cho sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật điện trong việc thực hiện các đồ án môn học và đồ án tốt nghiệp về thiết kế cung cấp điện xí nghiệp, tòa nhà.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của đề tài:
- Dữ liệu phụ tải của các phân xưởng phụ trợ chủ yếu dựa trên công suất đặt định mức và diện tích mặt bằng, buộc phải sử dụng phương pháp hệ số nhu cầu và suất phụ tải diện tích thay vì phương pháp số thiết bị hiệu quả $n_{hq}$.
- Thiết kế chiếu sáng cho các phân xưởng sử dụng giả thiết đồng nhất về chiều cao trần ($5\text{ m}$), độ treo cao đèn ($H = 3,5\text{ m}$) và hệ số phản xạ của tường/trần ($50%$ và $30%$).
- Văn bản có sự không nhất quán giữa tên doanh nghiệp tại phần bìa/mở đầu (Công ty TNHH Công nghệ NISSEI Việt Nam) và tên doanh nghiệp trong nội dung tính toán công nghệ ở Chương 2 và Chương 3 (Công ty TNHH Laurelton Diamonds Việt Nam).
Hướng phát triển của đề tài:
- Mở rộng nghiên cứu tích hợp hệ thống đo đếm điện năng thông minh và hệ thống giám sát, điều khiển thu thập dữ liệu tự động (SCADA/EMS) cho trạm phân phối trung tâm và các trạm biến áp phân xưởng.
- Nghiên cứu ứng dụng các giải pháp tiết kiệm năng lượng, biến tần điều khiển động cơ và phương án khai thác nguồn năng lượng tái tạo (điện mặt trời áp mái nhà xưởng) hòa lưới nội bộ.
- Tối ưu hóa phương thức vận hành kinh tế của hệ thống máy biến áp theo đồ thị phụ tải thực tế khi nhà máy mở rộng quy mô sản xuất sau 5 – 10 năm.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho:
- Đối tượng: Sinh viên, học viên ngành Kỹ thuật điện, Kỹ thuật điện - Điện tử, Hệ thống điện; các kỹ sư thực tập hoặc cán bộ kỹ thuật tham gia công tác thiết kế, thẩm tra hệ thống cấp điện nhà xưởng công nghiệp.
- Nội dung giá trị:
- Phương pháp phân nhóm và quy trình 7 bước tính toán phụ tải động lực phân xưởng cơ khí bằng phương pháp hệ số cực đại $k_{\max}$ và số thiết bị hiệu quả $n_{hq}$.
- Phương pháp tính toán thiết kế chiếu sáng công nghiệp bằng hệ số sử dụng quang thông và cách lựa chọn thiết bị bảo vệ tủ chiếu sáng.
- Trình tự tính toán so sánh kinh tế - kỹ thuật lựa chọn phương án cấp điện cao áp, tính ngắn mạch kiểm nghiệm khí cụ và phân bổ dung lượng bù phản kháng.
Câu hỏi thường gặp
1. Tổng phụ tải tính toán tác dụng, phản kháng và biểu kiến của toàn bộ nhà máy được xác định là bao nhiêu?
Tổng phụ tải tính toán toàn nhà máy (sau khi xét hệ số đồng thời $k_{dt} = 0,8$) đạt: công suất tác dụng $P_{ttnm} = 4184,56\text{ kW}$, công suất phản kháng $Q_{ttnm} = 3547,112\text{ kVAr}$, công suất biểu kiến $S_{ttnm} = 5485,66\text{ kVA}$, và hệ số công suất tự nhiên $\cos\varphi_{nm} = 0,76$.
2. Phân xưởng sửa chữa cơ khí gồm bao nhiêu thiết bị và phụ tải tính toán được xác định như thế nào?
Phân xưởng sửa chữa cơ khí gồm 26 máy công cụ được chia làm 4 nhóm tính toán theo phương pháp $k_{\max}$ và $n_{hq}$: Nhóm 1 (13 máy, $P_{tt1} = 59\text{ kW}$), Nhóm 2 (11 máy, $P_{tt2} = 32,3\text{ kW}$), Nhóm 3 (6 máy, $P_{tt3} = 59,2\text{ kW}$), Nhóm 4 (9 máy, $P_{tt4} = 34,4\text{ kW}$). Tổng phụ tải tính toán của phân xưởng (gồm cả chiếu sáng $9\text{ kW}$ và hệ số $k_{dt} = 0,85$) là $P_{Px} = 166,1\text{ kW}$, $Q_{Px} = 140,1\text{ kVAr}$, $S_{Px} = 217,3\text{ kVA}$.
3. Hệ thống chiếu sáng phân xưởng sửa chữa cơ khí sử dụng loại đèn gì và bố trí như thế nào?
Phân xưởng cơ khí sử dụng 33 bóng đèn sợi đốt chao vạn năng công suất $200\text{ W}$ ($F = 2528\text{ lm}, 220\text{ V}$), treo cách mặt công tác $3,5\text{ m}$, bố trí thành 11 dãy $\times$ 3 bóng với khoảng cách các bóng $5\text{ m}$, cách tường $2,5\text{ m}$. Lộ chiếu sáng được cấp nguồn và bảo vệ riêng bằng aptomat tổng C60H ($25\text{ A}$) và 11 aptomat nhánh NC45a ($6\text{ A}$) của hãng Merlin Gerin.
4. Chế độ làm việc và cấp phụ tải của nhà máy được phân loại ra sao trong văn bản?
Nhà máy làm việc 3 ca liên tục với thời gian sử dụng công suất cực đại $T_{\max} = 4500\text{ h}$, dây chuyền sản xuất tự động hóa cao nên được xếp vào hộ tiêu thụ phụ tải loại 1, đòi hỏi nguồn cung cấp điện liên tục, độ tin cậy cao và chất lượng điện áp ổn định.
5. Những hãng sản xuất và dòng thiết bị chính nào được tác giả lựa chọn cho hệ thống?
Đồ án lựa chọn máy biến áp do hãng ABB chế tạo, tủ hợp bộ đầu vào cao áp loại 8DH10 của Siemens, các dòng aptomat bảo vệ tổng và phân đoạn (C60H, NC45a, aptomat 4 cực) do Merlin Gerin sản xuất, cùng hệ thống cáp điện lực vỏ PVC của hãng LENS và cáp cao áp cách điện XLPE.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Ngọc Hải đã hoàn thành trọn vẹn nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật hệ thống cung cấp điện cho nhà máy công nghiệp từ cấp trung áp đến hạ áp. Thông qua việc kết hợp chặt chẽ giữa cơ sở lý thuyết phụ tải, phương pháp tính toán giải tích chuẩn xác và dữ liệu mặt bằng sản xuất thực tế, tác giả đã đưa ra các phương án tối ưu về dung lượng trạm biến áp, mạng lưới phân phối hạ áp - chiếu sáng và hệ thống bảo vệ an toàn. Công trình là tài liệu tham khảo kỹ thuật có giá trị thực tiễn cao cho sinh viên và kỹ sư ngành Kỹ thuật điện trong công tác tính toán, thiết kế hệ thống điện công nghiệp.
