I. Giới Thiệu Về Thiết Kế Cung Cấp Điện Cho Phân Xưởng
Thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng là một trong những công việc quan trọng nhất trong các dự án công nghiệp hiện đại. Phân xưởng cơ khí sửa chữa với hệ thống máy móc đa dạng đòi hỏi phương pháp cung cấp điện đáng tin cậy và hiệu quả. Việc tính toán công suất phụ tải chính xác giúp đảm bảo chất lượng sản xuất và giảm chi phí vận hành. Nhà máy loại II cần được bảo đảm cung cấp điện liên tục, nếu ngừng điện sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm. Do đó, quá trình thiết kế hệ thống điện phải tính toán yếu tố phát triển trong 2-3 năm và 5-10 năm tới, tránh quá tải hoặc dư thừa công suất không cần thiết.
1.1. Đặc Điểm Của Hệ Thống Điện Phân Xưởng
Hệ thống điện phân xưởng công nghiệp bao gồm nhiều thiết bị khác nhau như động cơ, máy tiện, máy khoan và các tủ phân phối điện. Sơ đồ mặt bằng cung cấp điện cần được lập kỹ lưỡng với vị trí trạm biến áp, tủ phân phối và các tủ động lực hợp lý. Các thông số thiết bị phải được kiểm tra cẩn thận để đảm bảo khả năng cung cấp công suất liên tục và ổn định cho toàn bộ phân xưởng.
1.2. Mục Đích Thiết Kế Cung Cấp Điện
Mục đích chính là thiết kế hệ thống cung cấp điện an toàn, kinh tế và có khả năng mở rộng. Cần xác định chính xác công suất tổng của phân xưởng, chọn thiết bị điện phù hợp như máy biến áp, cáp dẫn, và các tủ bảo vệ. Ngoài ra, cần nâng cao hệ số công suất để giảm năng lượng phản kỳ và chi phí điện năng hàng tháng.
II. Phương Pháp Xác Định Công Suất Phụ Tải
Xác định công suất phụ tải là bước quan trọng nhất trong tính toán cung cấp điện. Phương pháp này bao gồm việc chia nhóm các thiết bị trong phân xưởng theo chức năng và tính toán công suất tiêu thụ từng nhóm. Tâm phụ tải được xác định dựa trên vị trí địa lý của các thiết bị để lựa chọn vị trí đặt trạm biến áp hợp lý. Công suất tổng bao gồm công suất thực (P), công suất phản kỳ (Q) và công suất biểu kiến (S). Cần tính toán hệ số phụ tải đồng thời để cho kết quả chính xác, tránh tính dư thừa hoặc thiếu hụt công suất.
2.1. Chia Nhóm Và Phân Loại Thiết Bị
Các thiết bị trong phân xưởng được chia thành 6 nhóm chính dựa trên đặc tính tiêu thụ điện: nhóm động cơ tiện gỗ, nhóm động cơ máy khoan, nhóm hàn điện, nhóm đèn chiếu sáng, nhóm sưởi ấm và nhóm thiết bị khác. Mỗi nhóm có công suất riêng và hệ số sử dụng công suất khác nhau, ảnh hưởng đến tổng công suất tính toán của toàn phân xưởng.
2.2. Tính Toán Công Suất Tổng
Công suất tổng phân xưởng được tính bằng cách cộng công suất từng nhóm nhân với hệ số sử dụng đồng thời. Công thức: P_tổng = Σ(P_nhóm × k_sử dụng). Công suất biểu kiến (S) = P/cos(φ). Với phân xưởng công nghiệp, hệ số công suất thường từ 0,7-0,85, do đó cần bù công suất phản kỳ bằng các tụ bù để nâng cao hiệu suất hệ thống.
III. Chọn Thiết Bị Và Tính Toán Hệ Thống Điện
Chọn thiết bị điện phù hợp là bước tiếp theo sau khi xác định công suất phụ tải. Bao gồm chọn máy biến áp, chọn cáp dẫn, chọn tủ phân phối, và chọn bảo vệ quá dòng (MCCB/APTOMAT). Máy biến áp phải đủ công suất để cung cấp cho toàn bộ phân xưởng và có lề dự trữ khoảng 20-30%. Các cáp dẫn từ trạm biến áp đến tủ phân phối phải được kiểm tra sụt điện áp không vượt quá 3-5%. Tủ động lực được lắp đặt gần các nhóm thiết bị để giảm chiều dài dây dẫn và sụt điện áp. Tính toán ngắn mạch để chọn công suất định mức thích hợp cho các thiết bị bảo vệ.
3.1. Chọn Máy Biến Áp Và Công Suất Trạm
Công suất máy biến áp được chọn bằng công suất tổng phân xưởng nhân với hệ số dự trữ (1,2-1,3). Nếu công suất lớn, nên chọn 2 máy biến áp hoạt động song song để đảm bảo độ tin cậy khi một máy hỏng. Sơ đồ kết nối máy biến áp với lưới điện cần bảo vệ bằng các thiết bị cắt chính và các cầu chì hoặc MCCB có khả năng cắt dòng ngắn mạch cao.
3.2. Kiểm Tra Sụt Điện Áp Và Chọn Cáp Dẫn
Sụt điện áp trên đường dây dẫn được tính theo công thức: ΔU = (2×I×L×ρ)/S, không được vượt 3-5% so với điện áp định mức. Tiết diện cáp được chọn dựa trên dòng điện cho phép của cáp và điều kiện đặt cáp (ngầm, trên cầu, trong ống). Cáp từ trạm biến áp đến tủ phân phối phải có tiết diện đủ lớn để tránh quá tải và phát nóng.
IV. Nâng Cao Hệ Số Công Suất Và Lập Dự Toán Chi Phí
Nâng cao hệ số công suất là một biện pháp quan trọng để giảm tổn thất điện năng và chi phí điện. Phần lớn các thiết bị trong phân xưởng là động cơ điện có hệ số công suất ban đầu khoảng 0,7-0,8, gây lãng phí năng lượng. Bù công suất bằng các tụ bù nối song song với phụ tải để nâng hệ số công suất lên 0,9-0,95. Điều này giảm dòng điện truyền tải, giảm sụt điện áp, và giảm chi phí điện hàng tháng từ 10-20%. Bảng dự trù vật tư liệt kê chi tiết tất cả các thiết bị, vật liệu điện và chi phí lắp đặt để lập kế hoạch tài chính cho dự án.
4.1. Các Biện Pháp Bù Công Suất Phản Kỳ
Tụ bù là biện pháp phổ biến nhất để cải thiện hệ số công suất. Dung lượng cần bù được tính: Q_bù = P × (tanφ₁ - tanφ₂), trong đó φ₁ là góc pha ban đầu và φ₂ là góc pha mục tiêu. Tụ bù tĩnh được lắp ở tủ phân phối chính hoặc tại các tủ động lực nếu cần bù cục bộ. Sử dụng tụ bù tự động có thể tự điều chỉnh dung lượng theo tải thực tế, đảm bảo hệ số công suất luôn tối ưu.
4.2. Lập Dự Toán Vật Tư Và Chi Phí Lắp Đặt
Bảng dự trù vật tư bao gồm: máy biến áp, MCCB, cáp điện, tủ phân phối, tủ động lực, tụ bù, dây dẫn, và các phụ kiện điện khác. Chi phí lắp đặt được tính dựa trên giá thị trường hiện tại và nhân công lắp dựng. Tổng chi phí dự toán giúp đánh giá tính kinh tế của dự án và lập kế hoạch đầu tư phù hợp với ngân sách sẵn có.
