Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khóa luận tốt nghiệp chuyên ngành Kỹ thuật điện – Cung cấp điện mang tiêu đề "Tính toán thiết kế cung cấp điện cho xí nghiệp sản xuất bao bì – xi măng Hải Phòng", do sinh viên thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Đỗ Thị Hồng Lý. Nghiên cứu được xây dựng trên bối cảnh thực tiễn của ngành sản xuất vật liệu xây dựng và công nghiệp phụ trợ tại Việt Nam, cụ thể là nhu cầu đóng gói xi măng phục vụ tiêu thụ nội địa và xuất khẩu.

Xí nghiệp Bao bì Xi măng Hải Phòng trực thuộc Công ty Xi măng Hải Phòng, đặt tại Quốc lộ 5 (số 3 đường Hà Nội), được thành lập theo Quyết định số 105/XMVN-HĐQT ngày 26/03/1999 của Hội đồng quản trị Tổng công ty Xi măng Việt Nam. Đơn vị được đầu tư dây chuyền sản xuất đồng bộ, công nghệ hiện đại từ Cộng hòa Liên bang Đức và Cộng hòa Áo với công suất thiết kế giai đoạn 1 đạt 25 triệu vỏ bao/năm (chủ yếu là bao KPK và PK). Sản phẩm cung cấp trực tiếp cho các nhà máy thuộc Tổng công ty Công nghiệp Xi măng Việt Nam và các liên doanh xi măng.

Hệ thống công nghệ của xí nghiệp vận hành theo chu trình khép kín bán tự động với nhiều thiết bị công suất lớn đòi hỏi độ ổn định cấp điện cao. Nhiệm vụ thiết kế hệ thống cung cấp điện đặt ra yêu cầu phải cân bằng giữa các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật: tránh dư thừa công suất gây lãng phí vốn đầu tư và tổn thất điện năng, đồng thời tránh tính toán thiếu hụt gây suy giảm tuổi thọ khí cụ, sự cố gián đoạn sản xuất hoặc nguy cơ hỏa hoạn.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài gồm 4 nội dung chính:

  1. Tìm hiểu quy trình công nghệ sản xuất, cơ cấu tổ chức và đặc điểm mặt bằng của Xí nghiệp Bao bì Xi măng Hải Phòng.
  2. Phân loại phụ tải điện và tính toán phụ tải tính toán cho từng nhóm máy móc trong phân xưởng sản xuất cũng như toàn bộ xí nghiệp (bao gồm cả phụ tải động lực, chiếu sáng và khối hành chính).
  3. Thiết kế trạm biến áp và mạng lưới cao áp: xác định tâm phụ tải, lựa chọn phương án số lượng và dung lượng máy biến áp thông qua so sánh kinh tế - kỹ thuật, tính toán dòng ngắn mạch và lựa chọn, kiểm tra các thiết bị điện phía cao áp và hạ áp tại trạm.
  4. Thiết kế mạng hạ áp phân xưởng sản xuất: vạch sơ đồ cấp điện hầm cáp ngầm đến các tủ động lực, tính chọn dây cáp và aptomat bảo vệ, thiết kế hệ thống chiếu sáng công nghiệp cho các gian sản xuất.

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống cung cấp điện của Xí nghiệp Bao bì Xi măng Hải Phòng, với phạm vi không gian bao gồm nhà xưởng sản xuất chính diện tích 2.835 m², nhà kho tổng hợp, nhà quản lý công trình và trạm biến áp xây kín; nguồn điện đấu nối từ lưới điện phân phối khu vực qua tuyến trung áp 6 kV của Trạm biến áp 110/6 kV Hạ Lý.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán

Để giải quyết bài toán kỹ thuật, tác giả đã sử dụng hệ thống lý thuyết chuyên ngành cung cấp điện, các tiêu chuẩn thiết kế công nghiệp và công thức giải tích thực hành:

  • Phân loại hộ tiêu thụ điện và chế độ vận hành: Căn cứ vào tính chất gián đoạn cung cấp điện gây thiệt hại kinh tế và đình trệ dây chuyền công nghệ, xí nghiệp được phân loại thuộc hộ tiêu thụ loại 2 (cho phép mất điện trong thời gian đóng nguồn dự phòng bằng tay). Về mặt nhiệt học, các thiết bị vận hành liên tục 3 ca nên xí nghiệp được xếp vào loại hộ có chế độ làm việc dài hạn.
  • Phương pháp xác định phụ tải tính toán (PTTT): Văn bản tổng quan và so sánh 4 phương pháp tính toán phụ tải:
    • Phương pháp tính theo công suất đặt ($P_{đ}$) và hệ số nhu cầu ($k_{nc}$): $P_{tt} = k_{nc} \cdot \sum P_{đ}$; $Q_{tt} = P_{tt} \cdot \tan\varphi$.
    • Phương pháp xác định theo hệ số cực đại ($k_{max}$) và công suất trung bình ($P_{tb}$), hay còn gọi là phương pháp số thiết bị hiệu quả ($n_{hq}$).
    • Phương pháp tính theo suất tiêu hao điện năng trên đơn vị sản phẩm ($W_0$): $P_{tt} = (M_{ca} \cdot W_0) / T_{ca}$.
    • Phương pháp xác định theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất ($p_0$): $P_{tt} = p_0 \cdot S$.
    • Lựa chọn thực tế: Tác giả chọn phương pháp số thiết bị hiệu quả ($k_{max}$ và $P_{tb}$) cho phân xưởng sản xuất chính nhằm đạt độ chính xác kỹ thuật cao; riêng phụ tải khối quản lý dùng phương pháp hệ số nhu cầu, và phụ tải chiếu sáng dùng phương pháp suất phụ tải trên đơn vị diện tích ($p_0 = 13\text{ W/m}^2$).
  • Phương pháp xác định tâm phụ tải: Xác định tọa độ hình học trọng tâm phụ tải $M(x, y)$ dựa trên mômen phụ tải toàn phần của từng công trình trên hệ tọa độ bản đồ địa chính tỷ lệ 1:500: $$x = \frac{\sum (S_i \cdot x_i)}{\sum S_i}; \quad y = \frac{\sum (S_i \cdot y_i)}{\sum S_i}$$ Phương pháp này có xét đến giai đoạn quy hoạch mở rộng thêm một phân xưởng có công suất tương đương trong tương lai.
  • Phương pháp so sánh kinh tế – kỹ thuật lựa chọn máy biến áp: Tính toán tổn thất điện năng hàng năm ($\Delta A = \Delta P_0 \cdot t + \Delta P_n \cdot (S_{tt}/S_{đm})^2 \cdot \tau$) kết hợp vốn đầu tư thiết bị để so sánh phương án dùng 1 máy biến áp công suất lớn với phương án dùng 2 máy biến áp công suất phân đoạn.
  • Phương pháp tính ngắn mạch và kiểm tra thiết bị: Tính toán ngắn mạch 3 pha phía cao áp và hạ áp; kiểm tra khí cụ điện, dây dẫn, thanh dẫn theo các điều kiện: phát nóng cho phép ($I_{cp} \ge I_{tt}$), ổn định động lực điện trường ($\sigma_{tt} \le \sigma_{cp}$ hoặc $I_{đm.cắt} \ge I_N$, $i_{xk.cp} \ge i_{xk}$) và ổn định nhiệt khi có dòng ngắn mạch ($F \ge F_{min} = I_{\infty} \cdot \sqrt{t_{qđ}} / C$).

Thiết kế kỹ thuật và giải pháp triển khai

Đồ án là công trình tính toán thiết kế kỹ thuật công nghiệp, đưa ra các giải pháp cấu trúc và lựa chọn thông số thiết bị cụ thể như sau:

  • Nguồn và tuyến dẫn cao áp: Nguồn cấp nhận từ lộ 671 của Trạm biến áp trung gian 110/6 kV Hạ Lý (lộ này đi chung cấp điện cho xưởng 4, máy xay, cơ khí Thành Lợi, Thành Long). Tuyến dây chính có sẵn là AC-120. Tuyến rẽ nhánh từ cột cổng xí nghiệp vào trạm biến áp sử dụng đường dây trên không dây nhôm lõi thép AC-95 chiều dài 160 m, chọn theo mật độ dòng kinh tế ($J_{kt} = 1{,}1\text{ A/mm}^2$ ứng với thời gian sử dụng công suất lớn nhất $T_{max} = 5.500\text{ h}$).
  • Trạm biến áp xí nghiệp: Trạm xây kín, bố trí tại vị trí dịch chuyển $M(38; 16)$ gần trục đường cổng chính. Cấu hình trạm lắp đặt 2 máy biến áp 3 pha ngâm dầu công suất $1.000\text{ kVA} - 6(22)/0{,}4\text{ kV}$ do hãng ABB chế tạo. Cấp điện áp đón đầu quy hoạch chuyển đổi lưới điện phân phối lên 22 kV.
  • Mạng phân phối hạ áp xưởng: Thiết kế đường cáp ngầm hạ áp từ tủ hạ thế của trạm biến áp về tủ phân phối chính của xưởng sản xuất có chiều dài 200 m. Mạng cấp điện phân xưởng được thiết kế theo sơ đồ hình tia: từ tủ phân phối chính, các tuyến cáp ngầm đặt trong hầm cáp dẫn đến 7 tủ động lực chuyên trách của các cụm máy sản xuất.
  • Hệ thống thiết bị đóng cắt và bảo vệ: Phía cao áp trang bị cầu dao phụ tải ngoài trời DN22/300A, cầu dao trong nhà DT22/200A, cầu chì cao áp CC22/200 ($I_{đc} = 100\text{ A}$, $S_N = 200\text{ MVA}$), máy biến dòng đo lường BI 6-200/5, máy biến điện áp BU 6/0,1 (3 pha 5 trụ) và 2 bộ chống sét van ABBLA 6 kV của Mỹ. Phía hạ áp trang bị aptomat tổng ABN1603-3P và các aptomat nhánh ABS của hãng LG.
  • Hệ thống chiếu sáng công nghiệp: Áp dụng hệ thống chiếu sáng chung, sử dụng đèn huỳnh quang công suất $40\text{ W} - 220\text{ V}$ (quang thông 1.720 lm). Chiều cao treo đèn là 5 m so với mặt sàn. Phân xưởng được chia thành 2 gian: gian 1 (diện tích 1.890 m²) lắp 252 bóng bố trí 9 dãy; gian 2 (diện tích 945 m²) lắp 140 bóng bố trí 5 dãy. Tổng số bóng lắp đặt thực tế là 392 bóng, cấp nguồn từ tủ chiếu sáng riêng biệt qua 14 aptomat nhánh 1 pha BKM 20A.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu về xí nghiệp sản xuất bao bì – Công ty xi măng Hải Phòng

Chương này trình bày lịch sử thành lập, cơ cấu tổ chức và quy trình công nghệ sản xuất bao bì xi măng. Cơ cấu quản lý của xí nghiệp gồm: Đại hội đồng cổ đông, Ban kiểm soát, Giám đốc điều hành, Phó giám đốc điều hành và 5 bộ phận chức năng (Phòng Kế toán - Thống kê tài chính, Phòng Tổ chức hành chính, Phòng Tổng hợp vật tư, Phòng Kỹ thuật sản xuất, Xưởng sản xuất).

Quy trình sản xuất bao bì vận hành khép kín qua các công đoạn:

  1. Tạo sợi: Hạt nhựa PP và phụ gia được định lượng, gia nhiệt nấu chảy qua các zone nhiệt độ khác nhau trong máy đùn để tạo màng phẳng, làm mát bằng nước, hút ẩm, dùng dao cắt thành sợi, đi qua lò ủ - tôi - kéo sợi để gia cường cơ lý rồi cuộn thành suối sợi.
  2. Dệt vải bao: 15 máy dệt tròn dệt sợi dọc và sợi ngang thành các ống vải dệt dài vô tận, sau đó dùng dao nhiệt xẻ thành 2 tấm phẳng hoặc giữ nguyên ống rồi cuộn thành rulo.
  3. Đùn tráng màng: Tở cuộn vải dệt và giấy xi măng, tạo nhám bề mặt, gia nhiệt sơ bộ qua quả lô nóng, đầu đùn tráng phủ một lớp nhựa PP nóng chảy để kết dính hai lớp vật liệu, tạo độ bền cơ học và tính chống ẩm cho vỏ bao.
  4. In và cắt lồng ống: In nhãn hiệu, biểu trưng lên bề mặt, xâm lỗ thoát khí, gấp nếp tạo ống, phun keo/nhựa dán mép và cắt thành từng đoạn vỏ bao theo kích thước định hình.
  5. May và hoàn thiện: Gấp vành thủ công, đưa qua 2 máy may công nghiệp may kín một đầu đáy bao, hệ thống băng tải đưa qua máy đếm tự động, chuyển sang máy in dấu - ép kiện và nhập kho thành phẩm.

Chương 2: Xác định phụ tải điện của xí nghiệp sản xuất bao bì xi măng

Chương 2 thực hiện phân nhóm thiết bị và tính toán chi tiết phụ tải tác dụng, phản kháng và toàn phần cho từng nhóm máy bằng phương pháp số thiết bị hiệu quả ($n_{hq}$). Kết quả tính toán phụ tải các bộ phận và toàn xí nghiệp được tổng hợp trong bảng số liệu sau:

STT Phụ tải thành phần Số lượng $P_{đ}$ 1 máy (kW) Tổng $P_{đ}$ (kW) $P_{tt}$ (kW) $Q_{tt}$ (kVAR) $S_{tt}$ (kVA)
1 Máy tạo sợi 1 237,0 237,0 237,00 177,75 296,25
2 Máy dệt 15 3,4 51,0 43,656 32,74 54,56
3 Máy tráng màng 1 165,0 165,0 165,00 123,75 206,25
4 Máy in – cắt lồng ống 1 87,0 87,0 87,00 65,25 108,75
5 Máy may 2 3,0 6,0 6,00 4,50 7,50
6 Máy ép kiện 1 7,5 7,5 7,50 5,62 9,37
7 Máy nén khí 1 31,5 31,5 31,50 23,62 39,37
8 Máy lạnh 2 40,5 81,0 81,00 60,75 101,25
9 Chiếu sáng phân xưởng - - 36,855 36,855 37,59 52,64
10 Khối quản lý điều hành - - 40,0 28,00 21,00 35,00
Tổng Toàn bộ xí nghiệp ($k_{đt} = 0{,}85$) - - 676,855 614,98 469,68 773,82

Hệ số công suất tự nhiên tính toán của toàn bộ xí nghiệp đạt: $\cos\varphi = P_{tt} / S_{tt} = 614{,}98 / 773{,}82 \approx 0{,}795$.

Chương 3: Thiết kế mạng cao áp cho xí nghiệp sản xuất bao bì

Nội dung chương tập trung xác định tọa độ đặt trạm biến áp, lựa chọn cấu hình máy biến áp qua phân tích kinh tế – kỹ thuật, tính toán dòng ngắn mạch và chọn lựa toàn bộ thiết bị cao – hạ thế trong trạm.

  • Tọa độ trạm biến áp: Tính toán tâm phụ tải hình học có xét đến nhà xưởng mở rộng trong tương lai $A_2(38; 29)$ và xưởng hiện hữu $A_1(61; 29)$ cho ra tọa độ lý thuyết $M(49{,}5; 29)$. Do điểm này nằm trên trục đường nội bộ xí nghiệp, tác giả dịch chuyển tọa độ trạm về vị trí thực tế $M(38; 16)$ nhằm đảm bảo an toàn, mỹ quan và thuận lợi đấu nối từ cột điện ngoài cổng.
  • So sánh kinh tế lựa chọn máy biến áp: Đồ án thiết lập bài toán so sánh giữa 2 phương án cung cấp điện cho phụ tải hiện tại kết hợp dự phòng mở rộng:
Tiêu chí so sánh Phương án 1 (1 MBA 2.000 kVA) Phương án 2 (2 MBA 1.000 kVA) Chênh lệch kỹ thuật – kinh tế
Số lượng và công suất định mức 1 máy $\times$ 2.000 kVA 2 máy $\times$ 1.000 kVA PA2 có tính linh hoạt và dự phòng cao
Vốn đầu tư mua máy biến áp 293.077.000 VNĐ 338.200.000 VNĐ PA1 thấp hơn 45.123.000 VNĐ
Tổn thất điện năng hàng năm ($\Delta A$) 77.992,44 kWh 93.559,34 kWh PA1 tổn thất ít hơn 15.566,9 kWh/năm
Chi phí tổn thất điện năng (1.324 đ/kWh) - - PA1 tiết kiệm 20.610.575 VNĐ/năm
Đánh giá chế độ vận hành Máy vận hành non tải lớn ở giai đoạn 1 ($S_{tt} = 773{,}82\text{ kVA}$) Vận hành 1 máy, 1 máy dự phòng; linh hoạt đóng cắt PA2 đảm bảo tính liên tục cấp điện loại 2, tối ưu hiệu suất thực tế

Mặc dù phương án 1 có ưu thế về vốn đầu tư ban đầu và tổn hao lý thuyết, tác giả chọn Phương án 2 (2 máy biến áp 1.000 kVA của hãng ABB) để tránh tình trạng non tải nghiêm trọng trong giai đoạn hiện tại và đảm bảo mức độ tin cậy cung cấp điện cao cho hộ tiêu thụ loại 2 khi xảy ra sự cố một máy biến áp.

  • Tính toán ngắn mạch phía cao áp: Tính gần đúng theo công suất cắt định mức của máy cắt đầu nguồn ($I_{đm} = 2.500\text{ A}$, $U = 6\text{ kV}$), xác định được dòng ngắn mạch siêu quá độ $I_N = 1{,}44\text{ kA}$, dòng xung kích $i_{xk} = 3{,}67\text{ kA}$. Kiểm tra ổn định nhiệt dây dẫn AC-95 thỏa mãn ($F_{min} = 15{,}46\text{ mm}^2 < 95\text{ mm}^2$).
  • Chọn thiết bị trạm biến áp: Thanh cái cao áp dùng thanh đồng $(25 \times 3)\text{ mm}^2$, $I_{cp} = 340\text{ A}$; cầu dao cách ly DN22/300A và DT22/200A; cầu chì CC22/200; chống sét van ABBLA 6 kV; cáp từ máy biến áp sang tủ phân phối hạ áp là cáp đồng cách điện XLPE/PVC $(3 \times 300)\text{ mm}^2$ của LG; thanh cái hạ áp trạm bằng đồng $(80 \times 8)\text{ mm}^2$, $I_{cp} = 1.690\text{ A}$.

Chương 4: Thiết kế mạng hạ áp xưởng sản xuất

Chương 4 hoàn thiện thiết kế hệ thống phân phối nội bộ nhà xưởng, lựa chọn cáp ngầm, aptomat và tính toán thiết kế mạng điện chiếu sáng:

  • Tuyến cáp hạ áp chính: Sử dụng đường cáp ngầm XLPE/PVC đặt trong hầm cáp từ trạm biến áp về tủ phân phối xưởng dài 200 m, tiết diện cáp gồm 2 sợi $(3 \times 300 + 1 \times 120)\text{ mm}^2$ ghép song song ($I_{cp} = 538\text{ A} \times 2 = 1.076\text{ A} > I_{tt} = 1.074\text{ A}$).
  • Aptomat và cáp cấp điện máy móc: Tủ phân phối hạ áp trang bị 1 aptomat tổng ABS1203-3P ($I_{đm} = 1.200\text{ A}$, $I_N = 65\text{ kA}$) và 7 tuyến aptomat nhánh cấp tới tủ động lực các máy:
Tuyến cấp điện tủ động lực Loại Aptomat nhánh (LG) $I_{đm}$ / $I_N$ Chủng loại cáp đồng XLPE/PVC Chiều dài tuyến (m)
Máy tạo sợi ABE603-3P 500 A / 30 kA $(3 \times 300) + 150\text{ mm}^2$ 15
Máy tráng màng ABS403-3P 400 A / 30 kA $(3 \times 185) + 95\text{ mm}^2$ 80
Cụm 15 máy dệt ABS103-3P 60 A / 10 kA $(3 \times 50) + 25\text{ mm}^2$ 45
Máy in – cắt lồng ống ABS203-3P 125 A / 14 kA $(3 \times 50) + 25\text{ mm}^2$ 65
Cụm máy may + ép kiện ABS103-3P 60 A / 10 kA Trục $(3 \times 50) + 25$; rẽ nhánh $(3 \times 25) + 16$ $100 + 7 + 5$
Cụm máy nén khí + máy lạnh ABS203-3P 150 A / 14 kA Trục $(3 \times 50) + 25$; rẽ nhánh $(3 \times 50) + 25$ $20 + 2 + 2$
Tủ chiếu sáng xưởng ABS103-3P 60 A / 10 kA Cáp đồng 4 lõi PVC $(4 \times 6)\text{ mm}^2$ Phân xưởng
  • Hiệu chỉnh thiết bị qua tính toán ngắn mạch hạ áp: Khi kiểm tra khả năng cắt ngắn mạch tại tủ hạ thế, dòng ngắn mạch tại điểm $N_2$ (nhánh cấp sang ban quản lý) đạt $I_{N2} = 20{,}35\text{ kA}$. Do aptomat ABS103 ban đầu chỉ có khả năng cắt $I_N = 10\text{ kA} < 20{,}35\text{ kA}$, tác giả đã tiến hành thay thế sang loại ABS403-3P ($I_{đm} = 250\text{ A}$, $I_N = 30\text{ kA}$) để đảm bảo an toàn ngắt mạch sự cố.
  • Thiết kế chiếu sáng làm việc: Nhà xưởng có tổng diện tích 2.835 m², chiều cao 9 m. Tác giả chọn hình thức chiếu sáng chung với suất chiếu sáng $p_0 = 13\text{ W/m}^2$, dùng đèn huỳnh quang 40 W. Gian sản xuất chính (1.890 m²) lắp 252 đèn (9 dãy $\times$ 7 cụm $\times$ 4 bóng); gian máy dệt (945 m²) lắp 140 đèn (5 dãy $\times$ 7 cụm $\times$ 4 bóng). Tổng công suất đèn là 15.680 W. Mạng chiếu sáng dùng dây dẫn đồng cách điện PVC $(2 \times 2{,}5)\text{ mm}^2$ đi từ tủ chiếu sáng qua 14 aptomat nhánh 1 pha BKM 20A.

Kết quả và đóng góp kỹ thuật

  • Xác lập thông số phụ tải định lượng chính xác: Đề tài đã phân nhóm và tính toán chi tiết nhu cầu phụ tải của dây chuyền sản xuất bao bì xi măng quy mô 25 triệu bao/năm. Kết quả xác định tổng công suất đặt $676{,}855\text{ kW}$, công suất tác dụng tính toán $P_{tt} = 614{,}98\text{ kW}$, công suất phản kháng $Q_{tt} = 469{,}68\text{ kVAR}$, và công suất toàn phần $S_{tt} = 773{,}82\text{ kVA}$.
  • Giải pháp cấu hình trạm biến áp phù hợp thực tiễn: Thông qua tính toán kinh tế – kỹ thuật, tác giả đã chứng minh tính hợp lý của phương án lắp đặt 2 máy biến áp $1.000\text{ kVA}$ ABB vận hành phân đoạn thay vì 1 máy $2.000\text{ kVA}$. Lựa chọn này giúp hệ thống vận hành linh hoạt, tránh hao phí điện năng do non tải ở giai đoạn đầu, đồng thời đảm bảo an toàn cấp điện cho phụ tải loại 2. Việc lựa chọn thiết bị cao áp định mức 22 kV (DN22, DT22, CC22) thể hiện tầm nhìn kỹ thuật đón đầu quy hoạch nâng cấp điện áp lưới điện quốc gia từ 6 kV lên 22 kV mà không phải thay thế trạm.
  • Xử lý sai số và kiểm tra bảo vệ sát thực tế: Quá trình tính toán ngắn mạch hạ áp đã chỉ ra sự không phù hợp của aptomat nhánh ban quản lý (ABS103 chịu cắt 10 kA trong khi dòng ngắn mạch là 20,35 kA) và kịp thời điều chỉnh nâng cấp lên mã khí cụ ABS403 (chịu cắt 30 kA), đảm bảo tính an toàn vận hành hệ thống.
  • Đóng góp so với các thiết kế thông thường: Tác giả đã kết hợp hài hòa giữa lý thuyết tính toán tọa độ trọng tâm phụ tải giải tích và điều kiện thực địa (mặt bằng giao thông nội bộ) để điều chỉnh vị trí trạm từ $M(49{,}5; 29)$ về $M(38; 16)$, giúp tuyến cáp cao thế vào trạm ngắn gọn, thuận lợi thi công và giảm thiểu vốn đầu tư dây dẫn.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế từ các giả thiết gần đúng trong tính toán: Do không có dữ liệu chi tiết về cấu trúc toàn bộ lưới điện khu vực phía nguồn, điện kháng của hệ thống được tính gần đúng thông qua công suất cắt ngắn mạch của máy cắt đầu nguồn. Ở mạng hạ áp, tính toán ngắn mạch coi máy biến áp là nguồn độc lập và bỏ qua một số thành phần điện trở tiếp xúc nhỏ.
  • Vấn đề bù công suất phản kháng: Hệ số công suất tính toán của xí nghiệp chỉ đạt $\cos\varphi = 0{,}795$, thấp hơn mức quy định của ngành điện ($\ge 0{,}9$). Trong phạm vi toàn văn bản được trình bày, đồ án chưa thực hiện tính toán dung lượng và phương án bố trí tụ bù kinh tế để nâng cao hệ số công suất và giảm tổn thất điện năng.
  • Nội dung chưa hoàn thiện theo đề cương mục lục: Theo đề cương mục lục ban đầu, Chương 4 có các mục về "Lựa chọn thiết bị chống sét" và "Tính toán nối đất" bảo vệ hệ thống hạ áp; tuy nhiên, phần nội dung chi tiết ở cuối văn bản chỉ mới giải quyết xong phần mạng chiếu sáng và chưa thể hiện các bảng tính điện trở nối đất cũng như bố trí kim thu sét/nối đất an toàn.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Cần bổ sung thiết kế trạm tụ bù hạ áp tự động điều khiển theo phụ tải tại thanh cái hạ thế trạm; tính toán hệ thống nối đất an toàn và nối đất làm việc cho trạm biến áp xây kín; hoàn thiện giải pháp chống sét lan truyền cho các thiết bị điện tử của dây chuyền điều khiển bán tự động.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn đối với sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật điện, Hệ thống điện, Thiết bị điện và Cung cấp điện công nghiệp khi thực hiện đồ án môn học hoặc đồ án tốt nghiệp:

  • Phương pháp tính phụ tải phân xưởng dệt và bao bì: Cung cấp mẫu tính toán phụ tải chi tiết theo phương pháp số thiết bị hiệu quả ($n_{hq}$) cho các dây chuyền sản xuất đặc thù gồm máy đùn sợi, máy dệt tròn, máy tráng màng và máy in.
  • Quy trình so sánh phương án trạm biến áp: Là tài liệu tham khảo điển hình về phương pháp lập luận kinh tế – kỹ thuật để lựa chọn số lượng và dung lượng máy biến áp có xét đến phụ tải mở rộng trong tương lai.
  • Mẫu tính toán kiểm tra khí cụ điện hạ áp: Minh họa rõ ràng quy trình tính dòng ngắn mạch hạ áp tại nhiều điểm phân phối và phương pháp đối chiếu dòng cắt để chọn đúng chủng loại aptomat công nghiệp của các hãng sản xuất phổ biến (LG, ABB).
  • Thiết kế chiếu sáng công nghiệp: Cung cấp quy trình tính toán bố trí hệ thống đèn huỳnh quang công nghiệp hoàn chỉnh cho nhà xưởng nhịp lớn (2.835 m²), bao gồm cả phân bố dãy đèn và thiết kế tủ điều khiển chiếu sáng độc lập.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đồ án xếp Xí nghiệp Bao bì Xi măng Hải Phòng vào hộ tiêu thụ loại 2 thay vì hộ loại 1?
Trả lời: Theo quy chuẩn phân loại hộ tiêu thụ, hộ loại 1 là các phụ tải đặc biệt mà khi mất điện sẽ gây nguy hiểm đến tính mạng con người, an ninh quốc phòng hoặc thiệt hại kinh tế đặc biệt nghiêm trọng. Đối với xí nghiệp sản xuất bao bì xi măng, khi xảy ra sự cố gián đoạn cung cấp điện chỉ dẫn đến đình trệ sản xuất, hư hỏng sản phẩm dở dang và phát sinh thiệt hại kinh tế đơn thuần, do đó xí nghiệp được phân loại chuẩn xác vào hộ tiêu thụ loại 2 (cho phép mất điện trong thời gian đóng nguồn dự phòng bằng tay).

2. Vì sao tác giả lựa chọn phương án 2 máy biến áp 1.000 kVA dù chi phí đầu tư ban đầu cao hơn phương án 1 máy biến áp 2.000 kVA?
Trả lời: Phụ tải tính toán toàn phần hiện tại của xí nghiệp là $773{,}82\text{ kVA}$. Nếu dùng 1 máy biến áp $2.000\text{ kVA}$ (Phương án 1), máy sẽ phải làm việc ở chế độ non tải nặng nề, làm tăng tổn hao không tải và giảm hiệu suất vận hành. Với Phương án 2 (2 máy $1.000\text{ kVA}$), xí nghiệp chỉ cần vận hành 1 máy biến áp mang tải hợp lý, máy còn lại đóng vai trò dự phòng nóng. Khi xí nghiệp mở rộng thêm phân xưởng 2 trong tương lai, trạm sẽ đưa máy thứ hai vào hoạt động song song mà không cần cải tạo trạm. Ngoài ra, việc dùng 2 máy biến áp giúp đảm bảo tính liên tục cấp điện tối ưu hơn khi cần bảo dưỡng hoặc gặp sự cố bất ngờ.

3. Tác giả đã giải quyết việc không tương thích giữa vị trí tâm phụ tải lý thuyết và mặt bằng thực tế như thế nào?
Trả lời: Tọa độ tính toán tâm phụ tải lý thuyết theo mômen công suất (có tính cả xưởng mở rộng) là điểm $M(49{,}5; 29)$. Tuy nhiên, đối chiếu với bản đồ địa chính xí nghiệp, điểm này nằm trực tiếp trên tuyến đường giao thông nội bộ. Tác giả đã quyết định dịch chuyển vị trí trạm về tọa độ $M(38; 16)$. Vị trí mới này vừa đảm bảo mỹ quan mặt bằng, vừa cách ly an toàn giao thông, đồng thời nằm rất gần trục cổng chính, giúp rút ngắn tuyến cáp cao thế đấu nối từ cột điện ngoài đường vào trạm biến áp.

4. Dữ liệu ngắn mạch tại điểm $N_2$ đã làm thay đổi việc chọn thiết bị điện nào trong tủ phân phối hạ áp?
Trả lời: Tại vị trí nhánh cấp điện sang khối ban quản lý xí nghiệp, tác giả ban đầu chọn aptomat 3 pha loại ABS103-3P của LG có dòng định mức $75\text{ A}$ và dòng cắt ngắn mạch định mức $I_N = 10\text{ kA}$. Tuy nhiên, qua tính toán ngắn mạch tại điểm $N_2$, dòng ngắn mạch thực tế đạt tới $I_{N2} = 20{,}35\text{ kA} > 10\text{ kA}$. Do thiết bị không đảm bảo khả năng cắt dòng ngắn mạch sự cố, tác giả đã hiệu chỉnh thay thế bằng loại aptomat công nghiệp lớn hơn là ABS403-3P có dòng định mức $250\text{ A}$ và khả năng cắt ngắn mạch đạt $30\text{ kA}$.

5. Hệ thống chiếu sáng xưởng sản xuất được thiết kế với các thông số kỹ thuật cụ thể nào?
Trả lời: Toàn bộ diện tích xưởng $2.835\text{ m}^2$ (cao 9 m) được thiết kế chiếu sáng chung bằng đèn huỳnh quang $40\text{ W} - 220\text{ V}$ (quang thông 1.720 lm) treo ở độ cao 5 m với suất chiếu sáng $p_0 = 13\text{ W/m}^2$. Hệ thống gồm 392 bóng đèn, chia làm 2 gian: gian sản xuất 1 ($1.890\text{ m}^2$) có 252 bóng (9 dãy, mỗi dãy 7 cụm, mỗi cụm 4 bóng); gian máy dệt ($945\text{ m}^2$) có 140 bóng (5 dãy, mỗi dãy 7 cụm, mỗi cụm 4 bóng). Toàn bộ hệ thống do tủ chiếu sáng độc lập điều khiển thông qua 1 aptomat tổng ABS103-3P ($60\text{ A}$) và 14 aptomat nhánh 1 pha BKM ($20\text{ A}$), sử dụng dây dẫn đồng PVC $(2 \times 2{,}5)\text{ mm}^2$.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả đã hoàn thành trọn vẹn và chuẩn xác nhiệm vụ tính toán thiết kế kỹ thuật cung cấp điện cho Xí nghiệp Bao bì Xi măng Hải Phòng với tổng phụ tải tính toán toàn phần đạt $773{,}82\text{ kVA}$. Giải pháp kỹ thuật được đề xuất nổi bật ở tính thực tiễn cao thông qua việc lựa chọn trạm biến áp xây kín gồm 2 máy biến áp $1.000\text{ kVA} - 6(22)/0{,}4\text{ kV}$ của ABB, vừa đáp ứng linh hoạt nhu cầu phụ tải loại 2 hiện tại vừa sẵn sàng cho quy hoạch mở rộng công suất và nâng cấp điện áp lưới lên 22 kV. Mọi thông số lựa chọn dây dẫn, khí cụ đóng cắt cao – hạ thế và hệ thống chiếu sáng đều được kiểm tra nghiêm ngặt qua các điều kiện phát nóng, ổn định động và ổn định nhiệt, cung cấp một hồ sơ kỹ thuật tham khảo hoàn chỉnh và đáng tin cậy cho sinh viên khối ngành kỹ thuật điện công nghiệp.