Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tập trung giải quyết bài toán thiết kế hệ thống cung cấp điện cho mặt bằng phân xưởng sửa chữa cơ khí (Mặt bằng phân xưởng 1 và Bảng số liệu 11), trực thuộc chương trình đào tạo chuyên ngành Điện - Điện tử của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Trong các xí nghiệp công nghiệp, hệ thống cung cấp điện đóng vai trò huyết mạch, quyết định trực tiếp đến năng suất, độ an toàn và hiệu quả kinh tế của toàn bộ dây chuyền sản xuất. Việc tính toán và thiết kế đòi hỏi phải đáp ứng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện năng, mức độ an toàn cho người và thiết bị, đồng thời tối ưu hóa chi phí đầu tư và tổn thất điện năng trong vận hành.

Mặt bằng phân xưởng nghiên cứu là một xưởng sửa chữa cơ khí hình chữ nhật có kích thước hình học gồm: chiều dài 54 m, chiều rộng 18 m, chiều cao 5,2 m, tương ứng với tổng diện tích mặt sàn là 972 m². Môi trường làm việc trong phân xưởng được xác định là ít bụi, nhiệt độ môi trường trung bình là 30°C. Kết cấu công trình gồm hai mái tôn kẽm, nền bê tông xi măng và bố trí 01 cửa ra vào 2 cánh. Phân xưởng vận hành theo chế độ 2 ca liên tục mỗi ngày (Ca 1: từ 06h00 đến 14h00; Ca 2: từ 14h00 đến 22h00). Phụ tải tiêu thụ chính bao gồm 12 nhóm/loại động cơ cơ khí, 01 phòng kho, 01 phòng kiểm tra chất lượng (KCS) và hệ thống chiếu sáng công nghiệp. Nguồn điện cấp cho phân xưởng được lấy từ lưới điện trung thế qua trạm biến áp hạ áp 22/0,38 kV đặt liền kề.

Nhiệm vụ nghiên cứu và thiết kế của đồ án được cụ thể hóa thành 7 nội dung chính:

  1. Tính toán xác định phụ tải động lực và phụ tải chiếu sáng của phân xưởng theo phương pháp phân nhóm thiết bị.
  2. Xác định tọa độ tâm phụ tải, lựa chọn vị trí, số lượng và dung lượng định mức của máy biến áp phân phối.
  3. Phân tích, so sánh kỹ thuật - kinh tế để lựa chọn phương án đi dây tối ưu cho mạng hạ áp.
  4. Tính chọn tiết diện dây dẫn, cáp điện hạ áp theo điều kiện phát nóng và kiểm tra tổn thất điện áp cho phép.
  5. Tính toán dòng ngắn mạch hạ áp và lựa chọn khí cụ đóng cắt, bảo vệ (MCCB, MCB) cho toàn bộ hệ thống.
  6. Tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng và thiết kế phương án bù công suất phản kháng nhằm nâng cao hệ số công suất $\cos\varphi$.
  7. Tính toán thiết kế hệ thống chống sét đánh thẳng và hệ thống tiếp địa an toàn cho công trình phân xưởng.

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống phân phối điện hạ áp của phân xưởng cơ khí, giới hạn phạm vi không gian từ điểm đấu nối thứ cấp máy biến áp qua tủ phân phối chính (MDB), các tủ động lực phân đoạn (DB1, DB2, DB3, DB4), tủ chiếu sáng đến từng đầu cực của động cơ và thiết bị tiêu thụ. Phạm vi thời gian nghiên cứu gắn liền với chu kỳ vận hành 2 ca/ngày và dự báo phát triển phụ tải trong giai đoạn từ 3 đến 10 năm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết và tiêu chuẩn áp dụng

Đồ án xây dựng hệ thống tính toán dựa trên các giáo trình và tài liệu tiêu chuẩn ngành cung cấp điện:

  • Giáo trình Thiết kế Cung cấp điện của tác giả Ngô Hồng Quang và Vũ Văn Tẩm: Áp dụng tra cứu suất phụ tải chiếu sáng trên đơn vị diện tích ($P_0$), hệ số sử dụng ($K_{\text{sd}}$) và hệ số đồng thời ($K_{\text{đt}}$) cho các nhóm máy công cụ.
  • Giáo trình Cung cấp điện của PGS. TS. Quyền Huy Ánh (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM): Cung cấp phương pháp luận tính toán phụ tải biểu kiến, các hệ số hiệu chỉnh điều kiện môi trường và phương pháp lắp đặt ($K_1, K_2, K_3, K_4, K_5, K_6, K_7$), công thức tính ngắn mạch hạ áp và lựa chọn khí cụ điện bảo vệ.
  • Các tài liệu kỹ thuật, catalogue tra cứu từ nhà sản xuất thiết bị: Cáp điện hạ thế CADIVI (dòng sản phẩm CXV, CVV, CV, VC), máy biến áp phân phối THIBIDI 3 pha, khí cụ đóng cắt hạ áp hãng LS Industrial Systems (các dòng MCCB ABN, ABL).

Phương pháp tính toán và xử lý dữ liệu

  • Phương pháp xác định phụ tải tính toán: Sử dụng phương pháp công suất đặt kết hợp hệ số sử dụng và hệ số đồng thời. Công suất biểu kiến định mức của từng thiết bị được tính qua công thức $S_{\text{tải(đm)}} = P_{\text{đm}} / \cos\varphi$. Phụ tải tính toán của từng nhóm thiết bị được xác định theo $S_{\text{tt(nhóm)}} = K_{\text{đt}} \times \sum S_{\text{tải(tt)}}$. Phụ tải tính toán của toàn bộ 4 nhóm được tính gộp với hệ số đồng thời tổng thể $K_{\text{đt}} = 0,9$.
  • Phương pháp tính toán phụ tải chiếu sáng: Sử dụng phương pháp suất phụ tải trên một đơn vị diện tích ($P_0$ tính bằng $\text{W/m}^2$). Áp dụng mức $P_0 = 15\text{ W/m}^2$ cho khu vực sản xuất chính ($F = 972\text{ m}^2$) và $P_0 = 10\text{ W/m}^2$ cho khu vực kho và phụ trợ.
  • Phương pháp xác định tâm phụ tải: Xác định tọa độ hình học trọng tâm ($X_{\text{TDL}}, Y_{\text{TDL}}$) theo công thức mômen tĩnh học của công suất định mức các thiết bị thành phần: $$X_{\text{TDL}} = \frac{\sum (X_i \times P_{\text{đm}i})}{\sum P_{\text{đm}i}}, \quad Y_{\text{TDL}} = \frac{\sum (Y_i \times P_{\text{đm}i})}{\sum P_{\text{đm}i}}$$ Xác định bán kính vòng tròn phụ tải tương đương theo công thức $R = \sqrt{P_{\text{ttđm}} / (\pi \times m)}$ với mật độ công suất giả định $m = 2\text{ kW/m}^2$.
  • Phương pháp tính chọn dây dẫn và cáp điện: Lựa chọn tiết diện ruột dẫn theo điều kiện dòng điện phát nóng cho phép lâu dài có xét đến các hệ số hiệu chỉnh môi trường lắp đặt: $I_{\text{cp}} \ge I_{\text{tt}} / K$. Sau đó, kiểm tra lại theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép đối với lưới hạ áp ($\Delta U% \le 5% U_{\text{đm}}$).
  • Phương pháp tính toán ngắn mạch và chọn khí cụ: Sử dụng phương pháp trở kháng quy đổi về lưới hạ áp 380 V. Nguồn hệ thống trung thế được quy đổi từ công suất ngắn mạch $S_{\text{SC}} = 250\text{ MVA}$. Tính toán điện trở ($R$), điện kháng ($X$) của hệ thống, máy biến áp và các đoạn cáp để suy ra dòng ngắn mạch ba pha siêu quá độ $I_N$, từ đó làm căn cứ chọn dòng định mức ($I_n$) và khả năng cắt dòng ngắn mạch ($I_{\text{cu}}$) của MCCB.

Thiết kế kỹ thuật và triển khai hệ thống

Hệ thống cung cấp điện phân xưởng được thiết kế theo cấu trúc mạng hình tia kết hợp phân nhánh. Trạm biến áp phân phối hạ áp cung cấp nguồn điện 3 pha 380/220 V cho Tủ phân phối chính (MDB). Từ tủ MDB, 4 tuyến cáp độc lập đi trên máng cáp treo để cấp nguồn cho 4 Tủ động lực (DB1, DB2, DB3, DB4) và 1 tuyến cấp cho Tủ chiếu sáng. Từ các tủ động lực, cáp cấp điện đến từng máy công cụ được luồn trong ống nhựa PVC đặt ngầm dưới sàn xưởng ở độ sâu 40 cm.

Phân đoạn mạng điện Mã hiệu thiết bị / Tuyến dẫn Quy cách cáp điện / Tiết diện danh định Phương thức lắp đặt Thiết bị đóng cắt bảo vệ Thông số định mức của CB ($I_n$ / $I_{\text{cu}}$)
Tuyến tổng nguồn Trạm biến áp $\rightarrow$ Tủ MDB Cáp đồng CXV 660V ($1 \times 400\text{ mm}^2$, 4 sợi) Ngầm trong hào đất, luồn ống PVC sâu 50 cm MCCB LS ABN803c (3P) $I_n = 650\text{ A}$, $I_{\text{cu}} = 45\text{ kA}$
Tuyến nhánh động lực 1 MDB $\rightarrow$ Tủ DB1 (Nhóm 1) Cáp đồng CXV 660V ($4 \times 70\text{ mm}^2$) Máng cáp treo nhà xưởng MCCB LS ABL102c/200 $I_n = 150\text{ A}$, $I_{\text{cu}} = 25\text{ kA}$
Tuyến nhánh động lực 2 MDB $\rightarrow$ Tủ DB2 (Nhóm 2) Cáp đồng CXV 660V ($4 \times 35\text{ mm}^2$) Máng cáp treo nhà xưởng MCCB LS ABL102c/80 $I_n = 80\text{ A}$, $I_{\text{cu}} = 25\text{ kA}$
Tuyến nhánh động lực 3 MDB $\rightarrow$ Tủ DB3 (Nhóm 3) Cáp đồng CXV 660V ($4 \times 35\text{ mm}^2$) Máng cáp treo nhà xưởng MCCB LS ABL102c/80 $I_n = 80\text{ A}$, $I_{\text{cu}} = 25\text{ kA}$
Tuyến nhánh động lực 4 MDB $\rightarrow$ Tủ DB4 (Nhóm 4) Cáp đồng CXV 660V ($4 \times 50\text{ mm}^2$) Máng cáp treo nhà xưởng MCCB LS ABL102c/125 $I_n = 125\text{ A}$, $I_{\text{cu}} = 25\text{ kA}$
Tuyến động lực thứ cấp DB1 $\rightarrow$ Động cơ 1A Cáp đồng CVV 660V ($3 \times 2,5\text{ mm}^2$) Ngầm trong ống nhựa PVC sàn sâu 40 cm MCB nhánh Phù hợp dòng tính toán $I_{\text{tt}} = 15\text{ A}$
Đầu vào tủ động lực DB1 Tủ DB1 Liên kết thứ cấp tủ DB1 Đặt trong tủ điện phân phối DB1 MCCB LS ABL102c/200 $I_n = 200\text{ A}$, $I_{\text{cu}} = 25\text{ kA}$

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Tính toán phụ tải phân xưởng

Chương I trình bày đặc điểm mặt bằng, công nghệ của phân xưởng sửa chữa cơ khí và tiến hành phân nhóm phụ tải. 12 động cơ và thiết bị trong xưởng được phân chia thành 4 nhóm độc lập dựa trên chức năng vận hành, vị trí không gian liền kề và sự cân bằng công suất giữa các tủ điện:

  • Nhóm 1: Tổng công suất định mức $P_{\text{đm}} = 113\text{ kW}$, tổng công suất biểu kiến $S_{\text{đm}} = 148,94\text{ kVA}$, bao gồm 8 thiết bị (ký hiệu 1A, 1B, 1C, 4A, 4B, 5A, 5B, 6A). Dòng điện tính toán của tủ DB1 đạt $150,08\text{ A}$.
  • Nhóm 2: Tổng công suất định mức $P_{\text{đm}} = 52\text{ kW}$, bao gồm 8 thiết bị (ký hiệu 2A, 2B, 3A, 7A, 7B, 8A, 8B, 8C). Dòng điện tính toán của tủ DB2 đạt $67,08\text{ A}$.
  • Nhóm 3: Tổng công suất định mức $P_{\text{đm}} = 62\text{ kW}$, bao gồm 7 thiết bị (ký hiệu 1D, 2C, 2D, 8D, 9A, 9B, 11A). Dòng điện tính toán của tủ DB3 đạt $72,08\text{ A}$.
  • Nhóm 4: Tổng công suất định mức $P_{\text{đm}} = 81\text{ kW}$, bao gồm 6 thiết bị (ký hiệu 1E, 4C, 6B, 10A, 10B, 12A). Dòng điện tính toán của tủ DB4 đạt $117,38\text{ A}$.

Tổng công suất tác dụng đặt của toàn phân xưởng là $308\text{ kW}$. Sau khi nhân hệ số đồng thời $K_{\text{đt}} = 0,9$, công suất tính toán động lực tổng thể là $268\text{ kVA}$. Phụ tải chiếu sáng xưởng sản xuất có diện tích $972\text{ m}^2$ với suất chiếu sáng $P_0 = 15\text{ W/m}^2$ cho ra công suất chiếu sáng $P_{\text{ttcs}} = 14.580\text{ W} = 14,58\text{ kW}$. Với $\cos\varphi_{\text{cs}} = 0,9$, công suất biểu kiến chiếu sáng là $S_{\text{ttcs}} = 16,2\text{ kVA}$. Tổng công suất biểu kiến tính toán phân xưởng là $S_{\text{ttpx}} = 284,87\text{ kVA}$.

Chương II: Chọn máy biến áp và xác định tâm phụ tải

Chương II phân tích các tiêu chí chọn vị trí trạm, số lượng và dung lượng máy biến áp. Do phụ tải phân xưởng thuộc loại 2 và 3, đồ án lựa chọn giải pháp dùng 01 máy biến áp 3 pha. Công suất định mức yêu cầu được tính có xét đến 20% công suất dự phòng phát triển tương lai ($S_{\text{dự phòng}} = 0,2 \times S_{\text{ttpx}}$): $$S_{\text{đmMBA}} \ge S_{\text{ttpx}} + S_{\text{dự phòng}} = 284,87 + 56,97 = 341,84\text{ kVA}$$

Đồ án chọn máy biến áp 3 pha ngâm dầu của hãng THIBIDI sản xuất tại Việt Nam với dung lượng định mức $S_{\text{đm}} = 400\text{ kVA}$, cấp điện áp 22/0,4 kV. Các thông số kỹ thuật định mức gồm:

  • Tổn hao không tải $P_0 = 340\text{ W}$; Dòng điện không tải $I_0% = 2%$.
  • Tổn hao ngắn mạch ở 75°C: $P_k = 2600\text{ W}$; Điện áp ngắn mạch $U_k% = 4%$.
  • Kích thước phủ bì: Dài 1400 mm, Rộng 1060 mm, Cao 1400 mm; Trọng lượng tổng cộng: 2080 kg (ruột máy 1240 kg, dầu 440 kg).

Về tính toán tâm phụ tải, tọa độ $X$ của các nhóm lần lượt là: Nhóm 1 ($X = 12,51\text{ m}$), Nhóm 2 ($X = 18,92\text{ m}$), Nhóm 3 ($X = 42,10\text{ m}$), Nhóm 4 ($X = 42,58\text{ m}$). Tọa độ tâm phụ tải tổng thể của toàn phân xưởng được xác định tại vị trí $X = 28,61\text{ m}$, làm cơ sở để bố trí tủ MDB tại vị trí trọng tâm tối ưu hóa chiều dài tuyến dẫn. Bán kính các vòng tròn phụ tải tương ứng của 4 nhóm là $R_1 = 4,24\text{ m}$, $R_2 = 2,88\text{ m}$, $R_3 = 3,14\text{ m}$, $R_4 = 3,59\text{ m}$ và toàn xưởng $R = 7,00\text{ m}$.

Chương III: Tính chọn phương án đi dây cho phân xưởng

Chương III so sánh ưu nhược điểm của 3 sơ đồ cung cấp điện hạ áp: sơ đồ hình tia, sơ đồ phân nhánh và sơ đồ kết hợp hình tia - phân nhánh. Đồ án đưa ra phương án đi dây tổng thể:

  • Mạng truyền tải từ Tủ phân phối chính MDB đến các tủ động lực DB1, DB2, DB3, DB4 thực hiện theo sơ đồ hình tia, đi bằng máng cáp treo dọc theo kết cấu xưởng nhằm bảo đảm độ tin cậy, dễ bảo trì và phân lập sự cố.
  • Mạng phân phối thứ cấp từ các tủ DB đến các động cơ công cụ áp dụng sơ đồ hình tia ngầm luồn ống PVC dưới sàn bê tông ximăng, bảo đảm mỹ quan công nghiệp và không cản trở lối đi lại, vận chuyển vật tư trong xưởng cơ khí.

Chương IV: Tính chọn dây dẫn và khí cụ điện bảo vệ

Chương IV thực hiện tính chọn tiết diện dây/cáp điện CADIVI và khí cụ đóng cắt LS:

  • Tuyến từ trạm biến áp đến MDB ($l = 10\text{ m}$): Chọn cáp đồng đơn CXV ($1 \times 400\text{ mm}^2$, 4 sợi), $I_{\text{tt}} = 607,38\text{ A}$, $I_{\text{cp}} = 639,95\text{ A}$.
  • Tuyến từ MDB đến các tủ DB: Nhóm 1 dùng CXV $70\text{ mm}^2$ ($I_{\text{cp}} = 246\text{ A}$); Nhóm 2 dùng CXV $35\text{ mm}^2$; Nhóm 3 dùng CXV $35\text{ mm}^2$; Nhóm 4 dùng CXV $50\text{ mm}^2$.
  • Kiểm tra sụt áp: Tính toán kiểm tra tuyến xa nhất từ MBA qua MDB đến tủ DB1 ($l = 38,6\text{ m}$) và đến động cơ số 5 ($l = 21,6\text{ m}$). Tổn thất điện áp thành phần qua tuyến MBA-MDB là rất nhỏ, qua tuyến MDB-DB1 và tuyến DB1-động cơ 5 cho tổng sụt áp tích lũy toàn tuyến đạt $\Delta U% = 0,62%$, nhỏ hơn rất nhiều so với ngưỡng giới hạn cho phép $\Delta U%_{\text{cp}} = 5%$.
  • Tính toán ngắn mạch tại MDB: Nguồn hệ thống có $S_{\text{SC}} = 250\text{ MVA} \Rightarrow X_{\text{up}} = 0,57\text{ m}\Omega$. Trở kháng máy biến áp 400 kVA có $R_T = 2,88\text{ m}\Omega, X_T = 14,43\text{ m}\Omega$. Dòng ngắn mạch 3 pha duy trì tại thanh cái MDB tính được $I_N = 14,43\text{ kA}$.
  • Lựa chọn CB bảo vệ: Tủ MDB sử dụng MCCB tổng mã hiệu LS ABN803c ($I_n = 650\text{ A}, I_{\text{cu}} = 45\text{ kA}$, thời gian cắt $10\text{ ms}$). Các nhánh thứ cấp MDB cấp sang DB sử dụng dòng MCCB LS ABL102c với dòng định mức từ $80\text{ A}$ đến $200\text{ A}$, $I_{\text{cu}} = 25\text{ kA}$.

Chương V: Tính tổn thất công suất của phân xưởng

Chương V tính toán tổn thất công suất tác dụng ($\Delta P$) và tổn thất công suất phản kháng ($\Delta Q$) sinh ra trong máy biến áp 400 kVA và trên các tuyến đường cáp dẫn điện:

  • Tổn thất trong máy biến áp bao gồm tổn thất không tải cố định trong lõi thép ($\Delta P_0 = 340\text{ W}$) và tổn thất có tải biến thiên theo dòng phụ tải trong cuộn dây ($\Delta P_k = 2600\text{ W}$).
  • Tổn thất trên đường dây cáp từ trạm biến áp đến tủ phân phối chính MDB và các nhánh từ MDB đến các tủ động lực nhóm được tổng hợp chi tiết theo từng ca vận hành, làm căn cứ đánh giá hiệu suất truyền tải điện năng.

Chương VI: Nâng cao hệ số cosφ và chọn phương án bù

Chương VI phân tích ý nghĩa kinh tế - kỹ thuật của việc bù công suất phản kháng: giảm tổn thất điện áp, giảm tổn thất công suất trên lưới, tăng khả năng mang tải của máy biến áp và tránh bị phạt tiền mua công suất phản kháng theo quy định ngành điện. Tác giả phân tích 3 phương án bù (bù tập trung tại thanh cái MDB, bù theo nhóm tại các tủ DB, bù riêng lẻ tại từng cực động cơ) và tiến hành tính toán dung lượng tụ bù tĩnh ($Q_b$) cần thiết để nâng cao hệ số công suất của phân xưởng từ mức tự nhiên $\cos\varphi \approx 0,7 - 0,8$ lên mức yêu cầu $\cos\varphi \ge 0,9$.

Chương VII: Thiết kế hệ thống chống sét và nối đất của phân xưởng cơ khí

Chương VII tính toán bảo vệ an toàn công trình:

  • Hệ thống chống sét đánh thẳng: Sử dụng hệ thống kim thu sét cổ điển gồm 4 kim (nhóm cột 1-2-5-6) bố trí liên hoàn trên mái phân xưởng. Đồ án tính toán phạm vi bảo vệ của từng cặp kim thu sét kết hợp (cặp 1-2, cặp 1-5, cặp 5-6, cặp 2-6) và diện tích bảo vệ của cả nhóm cột 1-2-5-6, bảo đảm bao phủ toàn bộ mặt bằng mái công trình $54\text{ m} \times 18\text{ m} \times 5,2\text{ m}$.
  • Hệ thống nối đất: Thiết kế hệ thống tiếp địa hỗn hợp gồm các cọc thép bọc đồng đóng sâu kết hợp mạch vòng thanh đồng dẹt chôn ngầm quanh chu vi móng phân xưởng, dùng chung cho cả nhiệm vụ thoát dòng sét và nối đất an toàn vỏ thiết bị điện, đảm bảo điện trở nối đất $R_{\text{đ}}$ thỏa mãn quy chuẩn kỹ thuật.

Kết quả và đóng góp kỹ thuật

Kết quả kỹ thuật đạt được

  1. Xác lập bộ thông số phụ tải: Hoàn thành tính toán phân nhóm cho 12 nhóm máy cơ khí với tổng công suất đặt $308\text{ kW}$, công suất tính toán động lực $268\text{ kVA}$ và công suất chiếu sáng $14,58\text{ kW}$ ($16,2\text{ kVA}$).
  2. Lựa chọn máy biến áp hợp lý: Xác định dung lượng máy biến áp phân phối $400\text{ kVA}$ (THIBIDI), đáp ứng đủ nhu cầu phụ tải hiện tại ($S_{\text{ttpx}} = 284,87\text{ kVA}$) và duy trì 20% dung lượng dự phòng cho kế hoạch mở rộng trong 3–10 năm.
  3. Định vị tối ưu vị trí tủ điện: Xác định tâm phụ tải phân xưởng tại tọa độ $X = 28,61\text{ m}$, giúp giảm thiểu chiều dài mạng cáp phân phối hạ thế, tối ưu chi phí kim loại màu ruột đồng.
  4. Chuẩn hóa hệ thống cáp và khí cụ bảo vệ: Lựa chọn đồng bộ cáp hạ áp CADIVI (CXV ruột đồng cách điện XLPE cho tuyến chính/nhánh tủ và CVV cho tuyến máy) kết hợp hệ thống MCCB LS. Độ sụt áp cực đại trên tuyến xa nhất chỉ là $0,62%$, thấp hơn giới hạn cho phép ($5%$). Dòng cắt ngắn mạch của MCCB tổng ($I_{\text{cu}} = 45\text{ kA}$) đáp ứng khả năng ngắt dòng ngắn mạch tính toán $I_N = 14,43\text{ kA}$.
  5. Đảm bảo an toàn công trình: Thiết kế hoàn chỉnh hệ thống chống sét đánh thẳng bằng 4 kim liên hoàn bảo vệ toàn diện mặt phẳng mái $972\text{ m}^2$ cùng hệ thống cọc tiếp địa chu vi đạt tiêu chuẩn an toàn điện.

Đóng góp thực tiễn

Đồ án xây dựng một quy trình tính toán - thiết kế hoàn chỉnh, có tính hệ thống cao cho một xưởng cơ khí điển hình. Giải pháp kết hợp giữa máng cáp treo cho tuyến chính và ống PVC ngầm sàn cho máy công cụ giải quyết hài hòa giữa yêu cầu an toàn, mỹ quan công nghiệp và tính linh hoạt khi vận hành thực tế.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Do không có số liệu đo đạc thực tế về đồ thị phụ tải 24 giờ liên tục của các nhóm máy, việc tính toán dung lượng máy biến áp và dây dẫn phải phụ thuộc vào các hệ số sử dụng ($K_{\text{sd}}$) và hệ số đồng thời ($K_{\text{đt}}$) định mức theo bảng tra lý thuyết. Đồ án cũng chưa xét đến tác động của sóng hài bậc cao sinh ra từ các bộ biến tần điều khiển tốc độ động cơ cơ khí hiện đại.
  • Hướng phát triển: Thu thập biểu đồ phụ tải đo đạc thực nghiệm theo mùa để kiểm chứng dung lượng máy biến áp bằng phương pháp công suất đẳng trị; nghiên cứu bổ sung giải pháp lọc sóng hài tích cực (Active Harmonic Filter) tại thanh cái MDB nhằm nâng cao chất lượng điện năng toàn diện.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích cho sinh viên các ngành Kỹ thuật Điện, Hệ thống Điện, Tự động hóa và Cơ điện tử (M&E) khi thực hiện đồ án môn học Thiết kế Cung cấp điện hoặc Đồ án tốt nghiệp đại học. Các phần có giá trị thực tiễn cao bao gồm:

  • Phương pháp luận phân nhóm phụ tải và thuật toán xác định tâm phụ tải hình học.
  • Bảng biểu tính toán ngắn mạch mạng hạ áp 380 V và quy trình lựa chọn phối hợp bảo vệ bằng MCCB/MCB theo catalogue thiết bị thực tế.
  • Bản vẽ bố trí mặt bằng đi dây và mô hình tính toán bán kính bảo vệ chống sét nhóm kim thu lôi liên hoàn.

Câu hỏi thường gặp

1. Quy mô diện tích và đặc điểm môi trường làm việc của phân xưởng được xác định như thế nào trong đồ án?

Phân xưởng sửa chữa cơ khí có kích thước $54\text{ m} \times 18\text{ m} \times 5,2\text{ m}$, diện tích mặt bằng $972\text{ m}^2$. Kết cấu mái tôn kẽm hai mái, nền bê tông xi măng, 01 cửa vào 2 cánh. Môi trường làm việc ít bụi, nhiệt độ trung bình 30°C và xưởng vận hành 2 ca/ngày (từ 06h00 đến 22h00).

2. Căn cứ nào để tác giả chọn máy biến áp THIBIDI 3 pha 400 kVA?

Tổng phụ tải tính toán biểu kiến của xưởng là $S_{\text{ttpx}} = 284,87\text{ kVA}$. Do dự báo mở rộng phụ tải trong 3–10 năm, tác giả chọn thêm 20% dung lượng dự phòng ($56,97\text{ kVA}$), đưa tổng công suất yêu cầu lên $341,84\text{ kVA}$. Máy biến áp THIBIDI 3 pha 400 kVA ($P_0 = 340\text{ W}, P_k = 2600\text{ W}, U_k = 4%$) được chọn vì thỏa mãn điều kiện $S_{\text{đmMBA}} \ge 341,84\text{ kVA}$.

3. Phương án đi dây từ trạm biến áp đến tủ phân phối và các động cơ được triển khai ra sao?

Tuyến cáp tổng từ trạm biến áp đến tủ MDB sử dụng 4 sợi cáp đồng đơn CXV $400\text{ mm}^2$ đi ngầm trong hào đất có luồn ống nhựa PVC ở độ sâu 50 cm. Tuyến từ MDB đến 4 tủ động lực (DB1–DB4) đi hình tia trên máng cáp treo bằng cáp CXV ($35\text{ mm}^2$ đến $70\text{ mm}^2$). Tuyến từ các tủ DB đến từng động cơ sử dụng cáp đồng CVV đi ngầm luồn ống PVC dưới sàn bê tông ở độ sâu 40 cm.

4. Dòng ngắn mạch tại tủ phân phối chính MDB là bao nhiêu và MCCB tổng được chọn có thông số gì?

Với nguồn hệ thống có công suất ngắn mạch $S_{\text{SC}} = 250\text{ MVA}$ quy đổi qua máy biến áp 400 kVA, dòng ngắn mạch 3 pha tại tủ MDB tính được là $I_N = 14,43\text{ kA}$. Tác giả chọn MCCB tổng 3 cực LS ABN803c có dòng định mức $I_n = 650\text{ A}$ (ở 40°C), điện áp định mức $U_{\text{đm}} = 415\text{ V}$, khả năng cắt ngắn mạch $I_{\text{cu}} = 45\text{ kA}$ và thời gian tác động ngắt $10\text{ ms}$.

5. Kết quả kiểm tra độ sụt áp trên tuyến cáp xa nhất có đạt yêu cầu quy chuẩn không?

Tuyến kiểm tra xa nhất là từ máy biến áp qua tủ MDB, qua tủ DB1 ($l = 38,6\text{ m}$, cáp CXV $70\text{ mm}^2$) đến động cơ số 5 ($l = 21,6\text{ m}$, cáp CVV $10\text{ mm}^2$). Tổng tổn thất điện áp tích lũy đo được trên toàn bộ phân đoạn xa nhất này là $\Delta U% = 0,62%$, thỏa mãn điều kiện giới hạn quy định cho mạng hạ thế ($\Delta U% \le 5% U_{\text{đm}}$).

Kết luận

Đồ án Thiết kế cung cấp điện cho mặt bằng phân xưởng 1 và bảng số liệu 11 của nhóm tác giả Phùng Trung Chánh và Nguyễn Xuân Hà (hướng dẫn bởi TS. Trương Việt Anh) đã hoàn thành toàn diện các nội dung kỹ thuật từ tính toán phụ tải, lựa chọn trạm biến áp 400 kVA, thiết kế mạng phân phối cáp điện CADIVI và bảo vệ bằng thiết bị đóng cắt LS. Các kết quả tính toán sụt áp ($\Delta U = 0,62%$) và dòng cắt ngắn mạch ($45\text{ kA}$) đều bảo đảm tiêu chuẩn an toàn kỹ thuật và tính khả thi kinh tế. Đây là công trình thiết kế hoàn chỉnh, cung cấp tài liệu mẫu mực phục vụ nghiên cứu và thực hành thiết kế hệ thống cung cấp điện công nghiệp.