Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Điện năng giữ vai trò then chốt trong sự phát triển kinh tế - xã hội và là nguồn động lực chính cho các ngành công nghiệp sản xuất. Trong tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, máy móc và dây chuyền tự động dần thay thế lao động thủ công, kéo theo nhu cầu tiêu thụ điện năng tăng cao. Việc lập kế hoạch, tính toán và thiết kế hệ thống cung cấp điện an toàn, liên tục và kinh tế cho các cơ sở sản xuất công nghiệp là một yêu cầu kỹ thuật tất yếu. Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế cung cấp điện cho xưởng cơ khí Tân Tiến" do sinh viên Phan Văn Toàn thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Văn Dương tại Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng (2021) tập trung giải quyết bài toán thiết kế mạng điện phân phối hạ áp cho một nhà xưởng cơ khí chuyên dụng.

Mục tiêu và các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể của đề tài bao gồm:

  1. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và các phương pháp xác định phụ tải tính toán trong mạng điện công nghiệp; thu thập và xử lý số liệu phụ tải thực tế của phân xưởng cơ khí.
  2. Phân chia nhóm phụ tải theo mặt bằng công nghệ và tính toán phụ tải động lực cho từng nhóm thiết bị bằng phương pháp công suất trung bình và hệ số cực đại.
  3. Thiết kế và tính toán hệ thống chiếu sáng làm việc và chiếu sáng sự cố, xác định phụ tải chiếu sáng cho toàn bộ nhà xưởng.
  4. Xác định tổng phụ tải tính toán tác dụng, phản kháng và toàn phần của phân xưởng có xét đến hệ số đồng thời.
  5. Thiết kế mạng hạ áp: lựa chọn sơ đồ mạng điện phân phối, tính chọn trạm biến áp, tủ phân phối, aptomat, cầu chì, cáp điện động lực từ trạm về tủ phân phối và từ tủ phân phối đến các tủ động lực, máy móc.
  6. Nghiên cứu các biện pháp nâng cao hệ số công suất $\cos\varphi$, xác định dung lượng và phân bố thiết bị bù công suất phản kháng cho phân xưởng.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống cung cấp điện hạ áp cho phân xưởng cơ khí Tân Tiến chuyên sản xuất các chi tiết máy, bánh răng, hộp số và hộp tốc độ.
  • Phạm vi không gian: Nhà xưởng có diện tích mặt bằng xây dựng $24 \times 36\text{ m}$ (chiều cao $H = 3{,}7\text{ m}$, diện tích quy hoạch $1000\text{ m}^2$), điểm đấu nối nguồn điện cách nhà xưởng $L = 150\text{ m}$.
  • Phạm vi thông số kỹ thuật: Nguồn cấp nhận từ phân đoạn trung gian $35\text{ kV}$, công suất ngắn mạch tại điểm đấu điện $S_k = 7{,}64\text{ MVA}$, thời gian tồn tại dòng ngắn mạch $t_k = 2{,}5\text{ s}$, thời gian sử dụng công suất cực đại $T_M = 4500\text{ h}$, tổn hao điện áp cho phép $\Delta U_{cp} = 3{,}5%$, dao động điện áp cho phép $\Delta U_{cf} = \pm 2%$, yêu cầu hệ số công suất cần nâng lên đạt $\cos\varphi = 0{,}9$.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

1. Khung lý thuyết và công thức tính toán phụ tải

Tác giả hệ thống hóa các phương pháp xác định phụ tải tính toán ($P_{tt}, Q_{tt}, S_{tt}$) phục vụ các giai đoạn thiết kế khác nhau:

  • Phương pháp công suất đặt và hệ số nhu cầu ($K_{nc}$): Áp dụng khi mới có thiết kế sơ bộ nhà xưởng, sử dụng công thức $P_{tt} = K_{nc} \cdot \sum P_{đm}$ và phụ tải chiếu sáng $P_{cs} = p_0 \cdot S$.
  • Phương pháp công suất trung bình và hệ số cực đại ($k_{max}$): Áp dụng khi đã có mặt bằng bố trí chi tiết và thông số từng động cơ. Với nhóm có $n \ge 4$ thiết bị, công thức tính toán là: $$P_{tt} = k_{max} \cdot k_{sd} \cdot \sum_{i=1}^n P_{đmi}$$ Trong đó, số thiết bị dùng điện hiệu quả ($n_{hq}$) được xác định dựa trên tỷ số $n^* = \frac{n_1}{n}$ và $P^* = \frac{P_1}{P_\Sigma}$ ($n_1$ và $P_1$ là số lượng và tổng công suất của các thiết bị có công suất lớn hơn hoặc bằng một nửa công suất máy lớn nhất trong nhóm). Khi $n_{hq} < 4$ hoặc $n \le 3$, phụ tải được tính theo tổng công suất định mức hoặc hệ số tải ($P_{tt} = \sum k_{ti} \cdot P_{đmi}$).
  • Phương pháp suất phụ tải trên một đơn vị diện tích: $P_{tt} = p_0 \cdot F$ (với $p_0$ là suất phụ tải tính bằng $\text{W/m}^2$, $F$ là diện tích nhà xưởng).
  • Phương pháp suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị sản phẩm: $P_{tt} = \frac{M \cdot W_0}{T_{max}}$ (với $M$ là sản lượng năm, $W_0$ là suất tiêu hao điện năng $\text{kWh/sp}$).
  • Phương pháp tính toán chiếu sáng từng điểm và hệ số lợi dụng quang thông: Tính tổng quang thông yêu cầu dựa trên độ rọi yêu cầu $E_{yc} = 100\text{ lux}$, diện tích $F = 24 \times 36\text{ m}$, hệ số dự trữ $\delta_{dt} = 1{,}2$, hệ số hiệu dụng $\eta = 0{,}58$, và hệ số lợi dụng $k_{ld} = 0{,}59$.

2. Phương pháp lựa chọn khí cụ điện và dây dẫn

  • Lựa chọn Aptomat: Căn cứ theo điều kiện điện áp định mức ($U_{đm} \ge U_{mạng}$), dòng điện định mức ($I_{đm} \ge I_{tt}$), và dòng cắt ngắn mạch định mức ($I_N \ge I_k$).
  • Lựa chọn cáp và dây dẫn: Căn cứ theo điều kiện phát nóng cho phép lâu dài ($k_1 \cdot k_2 \cdot I_{cp} \ge I_{tt}$, với $k_1$ là hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ môi trường, $k_2$ là hệ số hiệu chỉnh số lượng cáp đặt chung rãnh) kết hợp kiểm tra điều kiện phối hợp với thiết bị bảo vệ cầu chì ($k_1 \cdot k_2 \cdot I_{cp} \ge \frac{I_{dc}}{\alpha}$, với mạch động lực chọn $\alpha = 3$, mạch chiếu sáng $\alpha = 0{,}8$).
  • Lựa chọn cầu chì bảo vệ: Tính chọn dòng định mức dây chảy ($I_{dc}$) cho từng động cơ theo điều kiện làm việc bình thường ($I_{dc} \ge I_{đm}$) và điều kiện mở máy ($I_{dc} \ge \frac{k_{mm} \cdot I_{đm}}{\alpha}$, với động cơ lồng sóc có bội số mở máy $k_{mm} = 5$ và $\alpha = 2{,}5$). Cầu chì tổng của tủ động lực được chọn theo điều kiện $I_{dc} \ge I_{tt}$ và phối hợp chọn lọc dòng điện lớn hơn ít nhất 2 cấp so với cầu chì nhánh lớn nhất.

3. Nguồn dữ liệu

Dữ liệu đầu vào bao gồm bảng thống kê 50 danh mục máy móc và thiết bị phân xưởng cơ khí chia thành các bộ phận: rèn, nhiệt luyện, mộc, quạt gió; các bảng tra cứu sổ tay kỹ thuật thiết kế cung cấp điện (bảng tra $n_{hq}^*$, bảng tra $K_{max}$, bảng tra thông số aptomat Merlin Gerin, bảng thông số cáp đồng vỏ PVC và dây $\Pi PTO$).

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

1. Cấu trúc mạng điện và sơ đồ cấp điện

Phân xưởng cơ khí Tân Tiến sử dụng sơ đồ cấp điện hỗn hợp. Điện năng được cấp từ trạm biến áp hạ áp thông qua đường cáp chính đưa về Tủ phân phối tổng (Tủ PP) của xưởng.

  • Tại Tủ phân phối tổng, hệ thống bố trí 1 aptomat tổng và 6 aptomat nhánh ra.
  • Từ Tủ phân phối đến 5 tủ động lực (ĐL1 đến ĐL5) và 1 tủ chiếu sáng, hệ thống sử dụng sơ đồ hình tia để nâng cao độ tin cậy và thuận tiện cho việc quản lý, vận hành độc lập.
  • Từ mỗi tủ động lực cấp điện đến các động cơ theo sơ đồ hỗn hợp: các thiết bị công suất lớn nhận điện trực tiếp từ thanh cái tủ động lực, các thiết bị công suất nhỏ ghép thành cụm nhận điện theo sơ đồ liên thông.
Phân hệ mạng điện Kiểu sơ đồ Cấu trúc phân phối
Trạm biến áp $\rightarrow$ Tủ phân phối xưởng Hình tia Tuyến cáp ngầm 5 nhánh
Tủ phân phối xưởng $\rightarrow$ Tủ động lực (ĐL1 - ĐL5) Hình tia 5 lộ cấp riêng biệt cho 5 tủ ĐL
Tủ phân phối xưởng $\rightarrow$ Tủ chiếu sáng Hình tia 1 lộ cấp riêng cho tủ chiếu sáng
Tủ động lực $\rightarrow$ Động cơ máy móc Hỗn hợp Cấp trực tiếp cho máy lớn, liên thông cho máy nhỏ

2. Thông số thiết bị đóng cắt, bảo vệ và phân phối

[Trạm biến áp 35/0.4kV] 
 [Tủ phân phối IIP-9262]
  • Aptomat tổng: Đặt tại trạm biến áp và đầu vào tủ phân phối xưởng, sử dụng loại C1001N do hãng Merlin Gerin chế tạo (3 cực, điện áp định mức $U_{đm} = 690\text{ V}$, dòng điện định mức $I_{đm} = 1000\text{ A}$, dòng cắt ngắn mạch $I_N = 25\text{ kA}$).
  • Aptomat nhánh: Gồm 6 bộ đặt tại đầu ra của tủ phân phối, sử dụng loại NS400E do Merlin Gerin chế tạo (3 cực, $U_{đm} = 500\text{ V}$, $I_{đm} = 400\text{ A}$, dòng cắt ngắn mạch $I_N = 15\text{ kA}$).
  • Tủ phân phối chính: Chọn mã hiệu IIP-9262 (Liên Xô chế tạo) gồm 1 đầu vào và 6 đầu ra.
  • Cầu chì bảo vệ: Sử dụng cầu chì dòng nắp vặn/hộp mã hiệu ΠP_2 tại các tủ động lực, dòng định mức dây chảy $I_{dc}$ từ $20\text{ A}$ đến $600\text{ A}$.
  • Quy cách cáp và dây dẫn:
    • Cáp chính từ TBA về Tủ phân phối: Cáp đồng vỏ PVC ký hiệu 5PVC (3x70 + 1x70) mm².
    • Cáp từ Tủ phân phối về các tủ động lực: Cáp đồng 4 lõi tiết diện $120\text{ mm}^2$, dòng cho phép $I_{cp} = 343\text{ A}$ chôn trực tiếp dưới đất ($k_1 = 1, k_2 = 1$).
    • Dây dẫn từ tủ động lực đến từng máy móc: Sử dụng cáp ruột đồng cách điện PVC mã hiệu ΠPTO luồn trong ống thép có đường kính $3/4''$ chôn ngầm dưới nền bê tông phân xưởng ($k_1 = 1, k_2 = 0{,}85$).

Nội dung chính theo từng chương

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

Chương này tổng quan cơ sở lý thuyết xác định phụ tải và áp dụng tính toán thực tế cho phân xưởng cơ khí Tân Tiến.

  • Nguyên tắc phân nhóm phụ tải: Dựa trên 4 tiêu chí kỹ thuật: (1) các thiết bị gần nhau trên mặt bằng để tối ưu đường dây; (2) các thiết bị có cùng chế độ làm việc và đồ thị phụ tải để áp dụng chung hệ số $k_{sd}, k_{nc}, \cos\varphi$; (3) cân bằng công suất giữa các nhóm để đồng loạt hóa quy cách tủ động lực và cáp dẫn; (4) khống chế số lượng thiết bị mỗi nhóm không vượt quá số lộ ra tiêu chuẩn của tủ động lực (tối đa 8 lộ).
  • Kết quả phân nhóm và tính toán phụ tải 5 nhóm máy:
Nhóm Bộ phận / Thiết bị chính Số lượng máy ($n$) Tổng công suất ($P_\Sigma$, kW) Số máy hiệu quả ($n_{hq}$) Hệ số cực đại ($K_{max}$) Dòng tính toán ($I_{tt}$, A)
Nhóm 1 Búa hơi ($2\times 10\text{ kW}, 2\times 28\text{ kW}$), lò rèn, palăng, quạt ly tâm, lò điện $15\text{ kW}$, MBA 11 98,70 7 2,10 129,96
Nhóm 2 Lò điện ($30\text{ kW}, 20\text{ kW}$), máy mài sắc, quạt thông gió, máy ép ma sát 8 74,10 4 2,64 99,00
Nhóm 3 Thiết bị tôi cao tần ($60\text{ kW}$), thiết bị đo bi ($23\text{ kW}$), lò điện hóa cứng ($60\text{ kW}$) 3 143,00 2,43 Tính theo $\sum P_{đm}$ 361,50
Nhóm 4 Lò điện ($36\text{ kW}, 30\text{ kW}$), lò rèn, bể dầu, thiết bị tôi bánh răng, máy đo độ cứng, cầu trục 9 123,15 5 2,42 —
Nhóm 5 Máy nén khí ($45\text{ kW}$), máy bào gỗ, máy cưa tròn, các quạt gió công nghiệp 9 109,00 4 2,64 —
  • Thiết kế hệ thống chiếu sáng:
    • Lựa chọn nguồn sáng: Do trong xưởng có nhiều máy điện quay, đèn huỳnh quang tần số $50\text{ Hz}$ gây ra hiện tượng ảo giác quang học (làm cho mắt cảm giác động cơ đứng yên rất nguy hiểm cho thợ vận hành), vì vậy tác giả chọn bóng đèn sợi đốt $200\text{ W}$, quang thông $F = 3000\text{ lm}$.
    • Tính toán quang thông: Với $E_{yc} = 100\text{ lux}$, diện tích $24 \times 36\text{ m}$, chiều cao tính toán $h = 2{,}3\text{ m}$, khoảng cách treo đèn $L_d = L_n = 4{,}1\text{ m}$. Số lượng đèn tính toán lý thuyết là $50{,}5$ bóng, tác giả chọn bố trí $N = 54$ bóng đèn chung.
    • Bổ sung chiếu sáng cục bộ: Mỗi máy công cụ trang bị 1 đèn sợi đốt $100\text{ W}$; 2 phòng vệ sinh và 2 phòng thay đồ mỗi phòng 1 đèn $100\text{ W}$. Tổng công suất chiếu sáng toàn xưởng là $P_{cs} = 12\text{ kW}$.
  • Tổng hợp phụ tải toàn phân xưởng:
    • Tổng công suất tác dụng tính toán: $P_{ttpx} = k_{đt} \cdot \sum P_{tti} + P_{cs}$.
    • Tổng công suất phản kháng tính toán: $Q_{ttpx} = 412{,}74\text{ kVAr}$.
    • Tổng công suất toàn phần: $S_{ttpx} = 412{,}6\text{ kVA}$ (công suất tính toán toàn xưởng).

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

Chương này thực hiện việc lựa chọn chi tiết toàn bộ khí cụ điện, dây dẫn và bảng phân phối hạ áp:

  • Lựa chọn aptomat tổng C1001N và 6 aptomat nhánh NS400E tại tủ phân phối xưởng.
  • Chọn cáp nguồn từ trạm biến áp đến tủ phân phối: cáp đồng 5PVC (3x70+1x70).
  • Chọn cáp cấp điện từ tủ phân phối về 5 tủ động lực: đồng loạt sử dụng cáp đồng 4 lõi tiết diện $120\text{ mm}^2$ ($I_{cp} = 343\text{ A}$).
  • Chọn tủ phân phối mã hiệu IIP-9262.
  • Tính chọn cầu chì và dây dẫn $\Pi PTO$ luồn ống thép $3/4''$ cho từng thiết bị cụ thể trong các nhóm máy:
Nhóm máy Tên thiết bị Công suất ($P_{đm}$, kW) Dòng định mức ($I_{đm}$, A) Tiết diện dây $\Pi PTO$ ($\text{mm}^2$) Mã hiệu và định mức cầu chì $\Pi P_2$ ($I_{dc}/I_{vo}$, A)
Nhóm 1 Búa hơi để rèn 10,0 26,78 2,5 $\Pi P_2$ - 20/60
Quạt ly tâm 7,0 18,42 2,5 $\Pi P_2$ - 45/60
Dầm treo palăng 4,8 12,63 2,5 $\Pi P_2$ - 30/60
Nhóm 2 Lò điện 30,0 78,94 16,0 $\Pi P_2$ - 160/200
Máy mài sắc 3,6 9,42 2,5 $\Pi P_2$ - 20/60
Quạt thông gió 2,5 6,57 2,5 $\Pi P_2$ - 20/60
Nhóm 3 Thiết bị tôi cao tần 60,0 158,00 50,0 $\Pi P_2$ - 400/600
Thiết bị đo bi 23,0 60,52 10,0 $\Pi P_2$ - 125/160
Lò điện hóa cứng kim loại 60,0 158,00 50,0 $\Pi P_2$ - 400/600
Nhóm 4 Lò điện 36,0 94,73 16,0 $\Pi P_2$ - 200/350
Lò điện để rèn 30,0 78,94 16,0 $\Pi P_2$ - 160/200
Bể dầu 4,0 10,52 2,5 $\Pi P_2$ - 25/45
Thiết bị tôi bánh răng 18,0 47,36 6,0 $\Pi P_2$ - 100/200
Nhóm 5 Máy nén khí 45,0 118,40 25,0 $\Pi P_2$ - 260/350
Máy bào gỗ 7,0 18,84 2,5 $\Pi P_2$ - 45/60
Quạt gió số 14 18,0 47,36 6,0 $\Pi P_2$ - 100/200

Chương 3: Tính bù công suất phản kháng

Chương này tập trung giải quyết bài toán nâng cao chất lượng điện năng và giảm tổn thất trong phân xưởng:

  • Trình bày cơ chế tổn thất điện năng và điện áp trong mạng điện hạ áp do dòng điện phản kháng gây ra.
  • Phân tích ý nghĩa kỹ thuật - kinh tế của việc nâng cao hệ số công suất $\cos\varphi$: giảm tổn thất công suất ($\Delta P$), giảm sụt áp ($\Delta U$), tăng khả năng truyền tải của máy biến áp và đường dây cáp, tránh bị phạt tiền mua công suất phản kháng.
  • Phân tích các giải pháp nâng cao hệ số $\cos\varphi$ tự nhiên (thay thế động cơ non tải, hạn chế động cơ chạy không tải) và giải pháp bù nhân tạo bằng bộ tụ điện bù tĩnh.
  • Tính toán xác định dung lượng tụ bù cần thiết để nâng hệ số công suất của xưởng cơ khí Tân Tiến từ mức tự nhiên lên hệ số công suất yêu cầu $\cos\varphi = 0{,}9$, đồng thời đề xuất phương án phân bố dung lượng bù tại tủ phân phối tổng.

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả kỹ thuật chính

  • Xác định chính xác tổng phụ tải tính toán của toàn bộ phân xưởng cơ khí Tân Tiến ($S_{tt} = 412{,}6\text{ kVA}$, bao gồm $12\text{ kW}$ phụ tải chiếu sáng).
  • Thiết kế hoàn chỉnh hệ thống chiếu sáng hỗn hợp gồm 54 bộ đèn sợi đốt $200\text{ W}$ bố trí đồng đều với khoảng cách $4{,}1\text{ m}$, đáp ứng tiêu chuẩn độ rọi $E_{yc} = 100\text{ lux}$ và độ sụt áp cho phép $\Delta U_{cp} = 3{,}5%$.
  • Lựa chọn đồng bộ hệ thống khí cụ điện hiện đại: aptomat tổng và nhánh thương hiệu Merlin Gerin (C1001N, NS400E), tủ phân phối chuẩn hóa IIP-9262, hệ thống cầu chì bảo vệ ΠP_2 và dây dẫn ΠPTO luồn ống thép bảo vệ chôn ngầm.
  • Xác định phương án nâng cao hệ số công suất của xưởng lên $\cos\varphi = 0{,}9$.

2. Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất

  • Sử dụng sơ đồ mạng phân phối hình tia kết hợp liên thông: Cấp điện hình tia cho các tủ động lực độc lập nhằm tăng độ tin cậy; tại các tủ động lực, cấp nguồn trực tiếp cho máy công suất lớn và liên thông cho máy nhỏ giúp tiết kiệm đáng kể khối lượng cáp dẫn.
  • Xử lý triệt để hiện tượng nguy hiểm quang học trong chiếu sáng công nghiệp: Thay vì chọn đèn huỳnh quang hiệu suất cao nhưng gây ảo giác thị giác đối với chi tiết máy quay, tác giả đề xuất sử dụng đèn sợi đốt công suất lớn $200\text{ W}$ kết hợp đèn chiếu sáng cục bộ $100\text{ W}$ tại từng vị trí thao tác máy.
  • Chuẩn hóa tiết diện tuyến cáp động lực: Đề xuất sử dụng đồng nhất quy cách cáp đồng $120\text{ mm}^2$ cho các tuyến từ tủ phân phối về các tủ động lực nhánh, giúp đơn giản hóa việc thi công lắp đặt, quản lý và dự phòng vật tư thay thế trong nhà xưởng.

3. Đóng góp tự nêu của đồ án

Đồ án đã xây dựng một bộ hồ sơ tính toán và thiết kế kỹ thuật cung cấp điện hoàn chỉnh, có tính thực tiễn cao cho phân xưởng cơ khí, tuân thủ chặt chẽ các tiêu chuẩn kỹ thuật điện công nghiệp và các quy chuẩn an toàn lao động hiện hành.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Tác giả không thực hiện tính toán chi tiết dòng ngắn mạch hạ áp tại các thanh cái tủ động lực để kiểm tra độ ổn định nhiệt và ổn định động của cáp dẫn và khí cụ điện (với giả thiết phân xưởng đặt cách xa trạm biến áp). Phần tính toán bù công suất phản kháng chủ yếu tập trung vào việc tính dung lượng tổng, chưa đi sâu vào sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tự động đóng cắt các cấp tụ bù theo đồ thị phụ tải biến đổi.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng nghiên cứu thiết kế tủ bù tự động tích hợp bộ điều khiển vi xử lý/PLC đóng cắt tụ thông minh theo hệ số $\cos\varphi$ tức thời; tính toán kiểm tra chế độ ngắn mạch chi tiết khi công suất nguồn trạm biến áp thay đổi; nghiên cứu thay thế đèn sợi đốt bằng hệ thống đèn LED công nghiệp chuyên dụng có tần số quét cao để vừa triệt tiêu hiện tượng ảo giác quang học vừa tiết kiệm điện năng tiêu thụ.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng hưởng lợi: Tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, giảng viên chuyên ngành Điện tự động công nghiệp, Hệ thống điện, Kỹ thuật điện tại các trường đại học, cao đẳng kỹ thuật khi thực hiện đồ án môn học hoặc đồ án tốt nghiệp về thiết kế cung cấp điện nhà xưởng.
  • Nội dung giá trị: Phương pháp phân nhóm phụ tải thực tế theo 4 nguyên tắc kỹ thuật; quy trình tính toán số thiết bị hiệu quả $n_{hq}$ và tra hệ số $K_{max}$; quy trình tính toán chiếu sáng công nghiệp và bảng thông số phối hợp lựa chọn bảo vệ giữa dây dẫn $\Pi PTO$ và cầu chì $\Pi P_2$.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao tác giả lựa chọn bóng đèn sợi đốt thay vì đèn huỳnh quang để chiếu sáng phân xưởng?

Trong phân xưởng cơ khí có nhiều máy điện và chi tiết chuyển động quay. Đèn huỳnh quang hoạt động ở tần số lưới điện $50\text{ Hz}$ gây ra hiện tượng nhấp nháy stroboscopic, tạo ảo giác quang học làm cho mắt người vận hành cảm giác các trục máy quay như đang đứng yên hoặc quay chậm, rất dễ dẫn đến tai nạn lao động nghiêm trọng. Do đó, đèn sợi đốt công suất $200\text{ W}$ được lựa chọn để đảm bảo an toàn thị giác tuyệt đối cho công nhân.

2. Phương pháp nào được sử dụng chủ yếu để tính phụ tải các nhóm máy trong xưởng?

Tác giả sử dụng phương pháp công suất trung bình kết hợp hệ số cực đại ($P_{tt} = k_{max} \cdot k_{sd} \cdot \sum P_{đm}$). Phương pháp này đòi hỏi xác định số thiết bị dùng điện hiệu quả ($n_{hq}$) thông qua các tỷ số $n^$ và $P^$, sau đó tra bảng để tìm $K_{max}$ ứng với hệ số sử dụng $k_{sd} = 0{,}2$. Với nhóm máy có số lượng $n \le 3$ hoặc $n_{hq} < 4$ (như Nhóm 3), phụ tải tính toán được lấy trực tiếp bằng tổng công suất định mức của các thiết bị.

3. Aptomat tổng và tủ phân phối chính của xưởng được lựa chọn theo mã hiệu nào?

Aptomat tổng đặt tại đầu nguồn trạm và đầu vào tủ phân phối xưởng là loại C1001N của hãng Merlin Gerin (3 cực, $U_{đm} = 690\text{ V}$, $I_{đm} = 1000\text{ A}$, $I_N = 25\text{ kA}$). Tủ phân phối trung tâm được lựa chọn là loại IIP-9262 do Liên Xô chế tạo, gồm 1 đầu vào và 6 đầu ra trang bị các aptomat nhánh NS400E ($500\text{ V}, 400\text{ A}, 15\text{ kA}$).

4. Dây dẫn từ tủ động lực đến các động cơ máy móc được lắp đặt theo quy cách nào?

Toàn bộ dây dẫn cấp nguồn từ các tủ động lực đến từng động cơ đều sử dụng cáp ruột đồng cách điện PVC mã hiệu ΠPTO (tiết diện từ $2{,}5\text{ mm}^2$ đến $50\text{ mm}^2$) được luồn bảo vệ cơ học bên trong ống thép đường kính $3/4''$ và chôn ngầm trực tiếp dưới nền bê tông nhà xưởng.

5. Mục tiêu nâng cao hệ số công suất ($\cos\varphi$) của đồ án là bao nhiêu?

Hệ số công suất của phân xưởng được yêu cầu nâng lên mức $\cos\varphi = 0{,}9$. Giải pháp thực hiện là kết hợp các biện pháp nâng cao hệ số công suất tự nhiên cùng việc lắp đặt hệ thống tụ bù tĩnh phản kháng tập trung tại tủ phân phối xưởng để bù lượng công suất phản kháng $Q_{ttpx} = 412{,}74\text{ kVAr}$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế cung cấp điện cho xưởng cơ khí Tân Tiến" của sinh viên Phan Văn Toàn đã hoàn thành đầy đủ các nội dung tính toán kỹ thuật theo quy chuẩn mạng điện hạ áp công nghiệp. Tác giả đã phân tích và xác định chính xác tổng phụ tải tính toán $412{,}6\text{ kVA}$, xây dựng mạng phân phối hỗn hợp hợp lý, và thiết kế hệ thống chiếu sáng $54$ đèn sợi đốt an toàn với máy công cụ quay. Hệ thống thiết bị đóng cắt bảo vệ (Aptomat Merlin Gerin, cầu chì $\Pi P_2$, tủ phân phối IIP-9262) và tuyến cáp luồn ống thép được lựa chọn đồng bộ, đảm bảo tính khả thi cao trong triển khai thực tế. Công trình là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn tốt cho sinh viên và kỹ sư ngành Điện Tự động Công nghiệp.