Khái niệm chung: Khi thiết kế cung cấp điện cho một nhà máy, xí nghiệp, hộ tiêu thụ thì một trong những công việc rất quan trọng mà ta phải làm đó là tiến hành xác định phụ tải tính toá
Tổng quan về nhà máy giày Hưng Phú
Nhà máy được xây dựng trên địa hình tương đối bằng phẳng với diện tích
Nhà máy có diện tích 3276 m², chiều dài 78 m và chiều rộng 42 m, cách trung tâm thị xã Thủ Dầu Một khoảng 5–6 km Môi trường xung quanh nhà máy sạch sẽ, ít bụi, không ẩm và không có khí ăn mòn; nhiệt độ môi trường quanh khu vực miền Đông Nam Bộ ở mức từ 28–32°C Quy mô sản xuất vừa phải; khi mất điện, nhà máy không gây thiệt hại đến tính mạng con người mà chỉ thiệt hại về kinh tế, do đó được xếp vào hộ tiêu thụ loại 2.
Nhà máy có các phân xưởng bố trí khá đồng đều và liền kề nhau, khu túc xá và văn phòng làm việc nằm cạnh các phân xưởng; được thiết kế trên dây chuyền sản xuất công nghệ Italia, vận hành liên tục theo ba ca trong một ngày Thời gian làm việc nhiều nhất trong năm là Tmax giờ Sản lượng giày được sản xuất trong một ngày (24 giờ) từ 7-8 ngàn đôi Số lượng công nhân của nhà máy (kể cả nhân viên hành chính văn phòng) khoảng 350 người.
Giống như phần lớn các nhà máy sản xuất giày dép tại Việt Nam, nhà máy Hưng Phú chủ yếu lắp ráp và hoàn thiện giày từ các mẫu đặt hàng trước Ngành da giày Việt Nam hiện chưa hình thành cơ sở sản xuất nguyên phụ liệu, chế tạo máy móc và phụ liệu cho giày dép, khiến mọi yếu tố này phải nhập khẩu hóa chất từ nước ngoài Điều này đẩy chi phí sản xuất lên cao và làm tăng sự phụ thuộc vào nguồn cung nước ngoài Vì vậy, hoạt động của Hưng Phú gặp nhiều thách thức về giá thành và thời gian giao hàng, ảnh hưởng đến khả năng cạnh tranh trên thị trường nội địa và xuất khẩu.
Do đó dây chuyền sản xuất của nhà máy cũng đơn giản trong việc lắp ráp giày như may chặt, gò ráp…
Quy trình sản xuất giày dép bắt đầu ở phân xưởng chặt, tiếp nhận nguyên vật liệu và gia công thành bán thành phẩm theo quy trình công nghệ, đồng thời thực hiện bồi tráng keo để hoàn thiện các chi tiết trước khi đưa sang phân xưởng may Phân xưởng may tiến hành may lắp ráp các chi tiết ngoài và lớp lót thành đôi giày, hoàn chỉnh sắp xếp và vệ sinh từng đôi mũi giày trước khi chuyển sang phân xưởng gò ráp Phân xưởng gò ráp đảm nhiệm gò hoàn thiện từng đôi giày từ các thành phần như mũi giày và đế, đồng thời vệ sinh và đóng gói sản phẩm.
Các máy hỗ trợ trong dây chuyền sản xuất bao gồm máy sấy, băng tải và quạt, tạo nên hiệu suất vận hành ổn định Nhà máy lấy điện từ trạm biến áp khu vực, cách nhà máy khoảng 1,5 km, với công suất hệ thống rất lớn và điện áp trên thanh cái hạ áp trạm khu vực là U kV.
Đồ án tốt nghiệp này thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy giày Hưng Phú dựa trên thông tin số liệu đã được cung cấp về thiết bị và sơ đồ mặt bằng kèm theo bố trí thiết bị Nhiệm vụ chính là phân tích nhu cầu tiêu thụ điện, lựa chọn giải pháp cấp điện phù hợp, và bố trí hệ thống sao cho an toàn, tin cậy và tối ưu về chi phí Bài viết trình bày phương án thiết kế chi tiết, các tính toán công suất, sơ đồ hệ thống và cách bố trí thiết bị trên mặt bằng, đồng thời đảm bảo tính khả thi và tuân thủ các chuẩn an toàn điện Thông qua đó, đồ án cung cấp tài liệu tham khảo hữu ích cho quá trình triển khai thực tế tại nhà máy giày Hưng Phú.
STT TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU Pđm
Bảng 1: Bảng số liệu về thiết bị của nhà máy nhà bảo vệ nhà xe nhà kho
MBA phò ng họp khoái vaên phò ng phò ng giám dốc wc wc wc 26
Hình 1: Sơ đồ mặt bằng nhà máy giày Hưng Phú
Xác định phụ tải của nhà máy
Khái niệm chung
Khi thiết kế hệ thống cung cấp điện cho một nhà máy, xí nghiệp hoặc hộ tiêu thụ, một trong những công việc quan trọng nhất là tiến hành xác định phụ tải tính toán cho nhà máy Việc xác định phụ tải tính toán cho phép ước lượng công suất tiêu thụ, phân bổ nguồn điện và dự phòng nhằm đảm bảo hệ thống cấp điện hoạt động an toàn, ổn định và hiệu quả Quá trình này gồm phân tích các phụ tải chính và phụ tải phụ, xác định hệ số dự phòng, và lựa chọn phương án cấp điện phù hợp với yêu cầu vận hành và an toàn.
Phụ tải tính toán theo điều kiện phát nóng (gọi tắt PTTT) là một phụ tải giả thiết, không đổi theo thời gian, được xác định cho từng phần tử của hệ thống cung cấp điện và tương đương với phụ tải thực tế biến đổi theo điều kiện tác dụng nhiệt khắc nghiệt nhất Nói cách khác, PTTT mô phỏng mức phát nhiệt của dây dẫn và thiết bị ở nhiệt độ cao nhất do phụ tải thực tế gây ra Do đó, khi thiết kế hoặc lựa chọn thiết bị điện theo PTTT, mức phát nhiệt được dự báo ở mức tối đa và có thể đảm bảo an toàn cho các thiết bị trong mọi trạng thái vận hành bình thường.
Xác định phụ tải tính toán
Phụ tải tính toán là một công đoạn rất quan trọng trong thiết kế cung cấp điện, nhằm xác định nhu cầu công suất và phân bổ tải theo thời gian để đảm bảo cấp điện ổn định và hiệu quả Quá trình này làm cơ sở cho việc lựa chọn nguồn cấp, cũng như xác định kích thước và đặc tính của máy biến áp, máy phát điện, dây dẫn và các thiết bị của lưới điện Việc xác định phụ tải tính toán giúp tối ưu hóa hiệu suất hệ thống, giảm tổn thất và nâng cao khả năng chịu tải khi có biến động phụ tải Đồng thời, nó cung cấp nền tảng cho các tính toán dự phòng và kế hoạch mở rộng mạng lưới trong tương lai.
Phân loại phụ tải nhà máy:
Phụ tải động lực: bao gồm các phụ tải phục vụ quá trình công nghệ, phần lớn là các động cơ ba pha, lò hơi…
Phụ tải sinh hoạt: ổ cắm, máy lạnh, quạt sinh hoạt cũng như quạt công nghiệp
2.2.1 Xác định phụ tải động lực:
2.2.1.1 Phân nhóm phụ tải - xác định tủ động lực (TĐL):
Phương pháp phân nhóm phụ tải là bước đầu quan trọng khi xác định PTTT Mục đích của phân nhóm phụ tải là để chọn tủ cấp điện sao cho mỗi nhóm phụ tải phù hợp với một tủ cấp điện Trong nhà máy nên phân nhóm phụ tải sao cho công suất của các nhóm (TĐL) bằng nhau để đơn giản hoá việc lựa chọn dây dẫn, thiết bị bảo vệ và thiết bị dự phòng Công suất mỗi nhóm phụ tải nên chọn: Pnhóm < 300 kW để dễ dàng chọn các thiết bị bảo vệ và giảm chi phí đầu tư, vì các thiết bị bảo vệ (CB…) có dòng cắt càng lớn thì chi phí đầu tư càng cao.
Thông thường thì người ta sử dụng một trong hai phương pháp sau:
2.2.1.1.1 Phân nhóm theo dây chuyền sản xuất và tính chất công việc:
Phương pháp này có ưu điểm nổi bật là tính linh hoạt cao trong vận hành và bảo trì Khi nhà máy sản xuất dưới công suất thiết kế, có thể ngừng làm việc một vài dây chuyền mà không làm ảnh hưởng đến hoạt động của các dây chuyền khác; hoặc trong bảo trì, sửa chữa có thể ngừng hoạt động của từng dây chuyền riêng lẻ Tuy nhiên, nhược điểm của phương án này là sơ đồ hệ thống phức tạp và chi phí lắp đặt khá cao, do các thiết bị trong cùng một nhóm có thể không nằm gần nhau nên tăng chi phí đầu tư cho dây dẫn Bên cạnh đó, đòi hỏi người thiết kế phải nắm vững quy trình công nghệ của nhà máy để đảm bảo vận hành đúng yêu cầu.
2.2.1.1.2 Phân nhóm theo vị trí trên mặt bằng:
Phương pháp này có ưu điểm dễ thiết kế và thi công, chi phí lắp đặt thấp và tiết kiệm dây dẫn, giúp giảm tổng chi phí dự án và rút ngắn thời gian triển khai Tuy nhiên, nhược điểm của nó là kém tính linh hoạt khi vận hành và sửa chữa so với phương pháp thứ nhất, khiến việc thích nghi với yêu cầu thay đổi hoặc bảo trì trở nên khó khăn hơn.
Do vậy mà tuỳ vào điều kiện thực tế mà người thiết kế lựa chọn phương án nào cho hợp lý
2.2.1.2 Xác định tâm phụ tải động lực:
Xác định tâm phụ tải là xác định vị trí tối ưu để đặt tủ phân phối (TPP) hoặc tủ động lực (TĐL), nhằm cung cấp điện với tổn thất điện áp và tổn thất công suất ở mức thấp nhất và giảm chi phí kim loại màu Tuy nhiên, quyết định cuối cùng cần cân nhắc thêm các yếu tố như mỹ quan, thuận tiện và an toàn trong thao tác, cũng như tính khả thi về bảo dưỡng và vận hành.
Trong thiết kế hệ thống cấp điện, ta có thể xác định tâm phụ tải cho một nhóm thiết bị để xác định vị trí đặt TĐL, cho một phân xưởng, một vài phân xưởng hoặc toàn bộ nhà máy nhằm xác định vị trí đặt TPP Tuy nhiên để đơn giản hóa công tác tính toán, ta chỉ cần xác định tâm phụ tải cho các vị trí lắp đặt TPP Vị trí đặt TĐL được ước lượng một cách tương đối sao cho tủ phân phối nằm cân đối trong nhóm thiết bị và được ưu tiên ở gần các động cơ có công suất lớn.
2.2.1.2.1 Tâm phụ tải được xác định theo công thức:
XTDL, YTDL là hoành độ và tung độ của tâm phụ tải (so với gốc chuẩn)
X i , Y i là hoành độ và tung độ của thiết bị thứ i (so với gốc chuẩn)
P dmi là công suất định mức của thiết bị thứ i
n là số thiết bị trong tủ động lực
2.2.1.2.2 Xác định tâm phụ tải tủ phân phối phân xưởng sản suất:
XTDLj, YTDLj là tọa độ của TĐL (tính ở 2.1)
X TPPPX , Y TPPPX là tọa độ của TPPPX
m là số TDL trong TPPPX
Pdm_TDLj là công suất định mức của TĐL thứ j
2.2.1.2.3 Xác định tâm phụ tải tủ phân phối nhà máy:
X TPPPXk , Y TPPPXk là tọa độ của TPPPX (tính ở 2.2)
XTPPC, YTPPC là tọa độ của TPPC
h là số TPPPX trong TPPC
P dm_TPPPXk là công suất định mức của TPPPX thứ k
2.2.1.3 Phân nhóm và xác định tâm phụ tải cho nhà máy
Chọn gốc tọa độ tại vị trí góc dưới bên trái (trên sơ đồ mặt bằng) của nhà máy Qua tổng quan về nhà máy ta thấy quy mô sản xuất là vừa phải; các phân xưởng được bố trí công việc khác nhau và có sự chuyên hoá trong dây chuyền Thông qua đặc điểm đó ta có thể phân nhóm phụ tải theo vị trí mặt bằng với nhiều ưu điểm như đã nêu Vì dây chuyền sản xuất tương đối đơn giản nên nhược điểm về tính linh hoạt khi vận hành sửa chữa có thể khắc phục.
Kết quả phân chia nhóm phụ tải như sơ trên sơ đồ mặt bằng
Xác định tâm phụ tải nhóm 1 (TĐL1) của phân xưởng 1:
STT Tên thiết bị Kí hiệu mặt bằng Xi Yi Pđm Xi × Pđm Yi × Pđm
Bảng 2.1 : Tâm phụ tải nhóm 1-tủ động lực 1 của phân xưởng 1
Toạ độ của tâm phụ tải của nhóm 1 (TĐL1) của phân xưởng 1:
Tính toán tương tự cho các nhóm phụ tải khác, kết quả thu được trong bảng sau:
2.2.1.3.1 Tâm phụ tải phân xưởng 1:
STT Tên thiết bị Kí hiệu mặt bằng Xi Yi Pđm Xi × Pđm Yi × Pđm
Bảng 2.2 : Tâm phụ tải phân xưởng 1
2.2.1.3.2 Tâm phụ tải phân xưởng 2:
STT Tên thiết bị Kí hiệu mặt bằng Xi Yi Pđm Xi × Pđm Yi × Pđm
Bảng 2.3 : Tâm phụ tải phân xưởng 2
2.2.1.3.3 Tâm phụ tải phân xưởng 3:
STT Tên thiết bị Kí hiệu mặt bằng Xi Yi Pđm Xi × Pđm Yi × Pđm
Bảng 2.4 : Tâm phụ tải phân xưởng 3
2.2.1.3.4 Tâm phụ tải phân xưởng 4:
STT Tên thiết bị Kí hiệu mặt bằng Xi Yi Pđm Xi × Pđm Yi × Pđ m
Bảng 2.5 : Tâm phụ tải phân xưởng 4
2.2.1.3.5 Tâm phụ tải phân xưởng 5:
STT Tên thiết bị Kí hiệu mặt bằng Xi Yi Pđm Xi × Pđm Yi × Pđm
Bảng 2.6 : Tâm phụ tải phân xưởng 5
Xác định tâm phụ tải tủ phân phối phân xưởng sản xuất 1:
Xác định tâm phụ tải tủ phân phối nhà máy:
Chúng ta đã xác định ở trên rằng việc đặt tủ phân phối hoặc tủ động lực tại các tâm phụ tải đã xác định sẽ tối ưu hóa tổn thất và chi phí vận hành Tuy nhiên, để đảm bảo tính mỹ quan công trình và thuận tiện cho thao tác, các tủ nên được bố trí ở những vị trí sau được đề xuất nhằm cân bằng hiệu quả kỹ thuật với yêu cầu thẩm mỹ và sự tiện dụng trong vận hành.
Tâm phụ tải Vị trí tính toán Vị trí dời đến
Bảng 2.7 : Tâm phụ tải toàn nhà máy
2.2.1.4 Một số khái niệm cơ bản:
Hệ số sử dụng Ksd là tỷ số giữa phụ tải tính toán (PTTT) trung bình và công suất đặt hoặc công suất định mức của thiết bị trong một khoảng thời gian khảo sát, ví dụ theo giờ, theo ca làm việc hoặc theo ngày đêm.
Đối với một thiết bị: sd tb dm
Đối với một nhóm thiết bị: 1
1 n tbi tb i sd n dm dmi i
Hệ số sử dụng nói lên mức sử dụng , mức độ khai thác công suất của thiết bị trong khoảng thời gian cho xem xét
Hệ số đồng thời Kđt là tỉ số giữa công suất tác dụng tính toán cực đại tại nút khảo sát của hệ thống cấp điện và tổng công suất tác dụng tính toán cực đại của các nhóm hộ tiêu thụ riêng biệt (hoặc các nhóm thiết bị) nối vào nút đó Nói cách khác, Kđt cho biết mức độ đồng thời giữa nguồn cấp điện và tải tiêu thụ tại nút khảo sát, từ đó hỗ trợ đánh giá cân bằng công suất và hiệu quả vận hành của hệ thống điện.
Hệ số đồng thời phụ thuộc vào số các phần tử n đi vào nhóm:
Kđt = 0,9 ÷ 0,95 khi số phần tử n = 2 ÷ 4
K đt = 0,8 ÷ 0,85 khi số phần tử n = 5 ÷ 10
Hệ số cực đại Kmax : là tỷ giữa PTTT và phụ tải trung bình trong thời gian xem xét max tt tb
Hệ số cực đại thường được tính với ca làm việc có phụ tải lớn nhất
Hệ số Kmax phụ thuộc vào số thiết bị hiệu quả n_hq (hoặc N_hq), vào hệ số sử dụng K_sd và nhiều yếu tố khác đặc trưng cho chế độ làm việc của các thiết bị điện trong nhóm Trong thực tế thiết kế, Kmax được xác định theo đường cong Kmax = f(K_sd, n_hq) hoặc tra cứu trong các cẩm nang tham khảo.
Số thiệt bị hiệu quả nhq:
Giả sử có một nhóm gồm n thiết bị có công suất và chế độ làm việc khác nhau Ta định nghĩa n_hq là một hệ quy đổi gồm n thiết bị có công suất định mức và chế độ làm việc như nhau, nhằm tạo ra một phụ tải tính toán bằng với phụ tải tiêu thụ thực tế do n thiết bị đó tiêu thụ.
Hệ số nhu cầu Knc là tỷ số giữa công suất tính toán (trong điều kiện thiết kế) hoặc công suất tiêu thụ (trong điều kiện vận hành) với công suất đặt (công suất định mức) của nhóm hộ tiêu thụ Giá trị Knc cho biết mức độ đáp ứng nhu cầu điện năng so với công suất dự trữ và được sử dụng để đánh giá hiệu quả vận hành, tối ưu hóa cấp điện và lập kế hoạch quản lý nhu cầu năng lượng cho nhóm hộ tiêu thụ.
2.2.1.5 Các phương pháp xác định PTTT nhà máy công nghiệp:
Hiện nay có nhiều phương pháp tính toán PTTT dựa trên cơ sở khoa học để ước tính phụ tải điện và được hoàn thiện về lý thuyết dựa trên quan sát thực tế các phụ tải ở xí nghiệp đang vận hành Những phương pháp này giúp cải thiện độ chính xác dự báo nhu cầu điện năng, tối ưu hóa phân bổ phụ tải và nâng cao độ tin cậy của hệ thống Việc áp dụng PTTT phù hợp với đặc thù từng xí nghiệp cho phép tối ưu hóa hiệu suất vận hành và giảm thiểu tiêu hao điện năng Do đó, lựa chọn phương pháp phù hợp dựa trên đặc điểm phụ tải và điều kiện vận hành là yếu tố then chốt cho quản lý điện năng hiệu quả.
Thông thường các phương pháp tính toán đơn giản, thuận tiện cho kết quả nhanh nhưng độ chính xác chưa cao; muốn đạt độ chính xác cao hơn thì quá trình tính toán sẽ trở nên phức tạp Do đó, tùy thuộc vào giai đoạn thiết kế và thi công cùng với các yêu cầu cụ thể của dự án, ta nên chọn phương pháp tính toán phù hợp để cân bằng giữa độ chính xác và hiệu quả.
Lựa chọn MBA, máy phát dự phòng và bù công suất phản kháng
Lựa chọn máy biến áp phân phối
Máy biến áp đóng vai trò then chốt trong hệ thống cung cấp điện, có chức năng biến đổi điện áp từ mức này sang mức khác để phù hợp với yêu cầu phân phối và tiêu thụ điện năng Các trạm biến áp được phân loại dựa trên hai yếu tố chính: vị trí lắp đặt phần đo lường ở trung thế hoặc hạ thế và nguồn cung cấp, gồm đường dây trên không hoặc cáp ngầm Việc hiểu rõ đặc điểm của máy biến áp và cách bố trí trạm biến áp giúp tối ưu hóa hiệu suất, độ tin cậy và chi phí vận hành của hệ thống truyền tải và phân phối điện.
Các trạm có thể lắp đặt:
Trong nhà, trong các buồng kín đặc biệt hoặc trong các phòng của một toà chung cư …
Lắp đặt ngoài trời có thể thực hiện trên một cột hoặc trên nhiều cột (kiểu cột hình H được kết nối từ 4 cột đơn) hoặc trong các nhà lắp ghép, các công trình xây bằng gạch hoặc bê tông Việc đặt các nhà lắp ghép trên sàn xi măng là cách lắp đặt đơn giản và nhanh chóng nhất.
3.1.1 Chọn vị trí, số lượng và công suất máy biến áp:
Khi chọn vị trí của trạm ta cần chú ý những yêu cầu sau:
Gần trung tâm phụ tải, thuận tiện cho nguồn cung cấp điện từ trung thế hay trạm biến áp trung gian
Đảm bảo được độ an toàn
Thao tác vận hành và quản lí dễ dàng
Đặc biệt cần quan tâm đến môi trường xung quanh như có khí ăn mòn, bụi bặm nhiều, nhiệt độ, độ ẩm, các nguy cơ cháy nổ…
3.1.1.2 Chọn số lượng máy biến áp:
Tuỳ từng loại hộ tiêu thụ, tầm quan trọng của độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện năng được đặt lên hàng đầu, đồng thời phải tính đến tính kinh tế của các phương án để chọn số lượng máy biến áp phù hợp; vì vậy ta cần xem xét các yêu cầu liên quan nhằm đảm bảo vận hành an toàn, ổn định và tối ưu chi phí.
Đối tượng cung cấp điện
Vốn đầu tư hợp lý nhất
Chi phí vận hành, bảo dưỡng hằng năm nhỏ nhất
Các tổn hao bé nhất đòi hỏi ở công nghệ sản xuất máy biến áp
Các thiết bị, khí cụ dễ dàng thay thế, dự phòng
3.1.1.3 Xác định công suất tối ưu của máy biến áp:
Một máy biến áp quá lớn sẽ gây nên đầu tư thừa và tổn hao không tải cao, song tổn hao có tải thấp
Một máy biến áp quá nhỏ sẽ làm hiệu suất giảm khi đầy tải, vì hiệu suất tối ưu thường nằm trong vùng 50% đến 70% đầy tải; do đó tải tối ưu sẽ không đạt được Tình trạng này kéo dài có thể dẫn tới nhiều hậu quả nghiêm trọng cho hệ thống điện, như tăng nhiệt lên, suy giảm tuổi thọ cách điện, rủi ro quá tải và ngắt nguồn, đồng thời làm tăng chi phí vận hành và bảo trì.
Máy biến áp: do lão hoá cách điện cuộn dây và trong trường hợp xấu nhất làm hư hỏng cách điện và máy
Hệ thống bảo vệ của máy biến áp dựa vào nhiệt độ cao để kích hoạt rơ-le bảo vệ và tác động cắt máy cắt nhằm ngăn ngừa hư hỏng nghiêm trọng Định nghĩa công suất tối ưu cho máy biến áp là mức công suất được chọn để cân bằng giữa hiệu suất, độ tin cậy và tuổi thọ thiết bị, sao cho quá trình vận hành không vượt quá ngưỡng nhiệt độ cho phép Để chọn công suất tối ưu cho máy biến áp, các yếu tố sau phải được tính đến: mức tải liên tục và khả năng quá tải cho phép, khả năng làm lạnh và thiết kế hệ thống làm mát, đặc tính điện từ và sự ổn định tải, điều kiện môi trường như nhiệt độ ambient và độ ẩm, cấu hình bảo vệ và sự phối hợp giữa rơ-le và thiết bị đóng cắt, cùng với chi phí vận hành, bảo trì và yêu cầu về độ tin cậy.
Tính toán phụ tải của tất cả thiết bị được lắp đặt
Xác định chu kỳ tải có chú ý đến thời gian và quá tải
Xác định hệ số sử dụng cho mỗi hạng mục tải
Sắp xếp hiệu chỉnh hệ số công suất để:
Giảm tiền phạt dựa trên số kVA lớn nhất
Giảm giá trị tải đăng ký
Chọn dung lượng máy biến áp trong số các gam công suất có tính đến tất cả các khả năng mở rộng trong tương lai
Cần đảm bảo bố trí làm mát đầy đủ cho máy biến áp
3.1.2 Khả năng quá tải máy biến áp:
3.1.2.1 Quá tải bình thường máy biến áp:
Máy biến áp có thể vận hành ở chế độ non tải và vẫn chịu được quá tải trong một khoảng thời gian nhất định mà không gây hại ngay lập tức Việc dựa trên các biểu thức đánh giá hao mòn theo thời gian vận hành cho phép ước lượng khả năng quá tải cho phép của máy khi đã có đồ thị phụ tải và định mức hao mòn tổng cộng, nhờ đó đảm bảo tổng hao mòn trong suốt thời gian vận hành không vượt quá giới hạn định sẵn.
3.1.2.2 Quá tải sự cố của máy biến áp:
Khả năng quá tải sự cố máy biến áp được tính như sau:
Máy biến áp đặt ngoài trời: k qtsc = 1,4
Máy biến áp đặt trong nhà: k qtsc = 1,3
Thời gian quá tải 6 giờ trong một ngày đêm, K1 < 0,93 (vận hành non tải) và kéo dài không quá 5 ngày đêm
3.1.3 Chọn máy biến áp cho nhà máy:
Để đơn giản hóa tính toán và lựa chọn máy biến áp cho nhà máy sản xuất giày Hưng Phú, ta chỉ xét đến trường hợp máy biến áp dành cho nhà máy, không quan tâm đến trạm biến áp trung gian hay phần trung thế Việc chọn máy biến áp được giới hạn cho khu vực nội bộ nhà máy và không áp dụng cho hệ thống trạm trung gian Máy biến áp được đặt trong nhà, tại vị trí gần tủ phân phối chính, như hình vẽ trên sơ đồ mặt bằng của nhà máy.
Phụ tải phân xưởng chỉ sử dụng điện áp 220/380 V, vì vậy ta chọn biến áp giảm áp 22/0,4 kV làm cấp điện cho phân xưởng Cấp điện áp 22/0,4 kV là một phần của quá trình chuẩn hóa mạng hạ áp, nhằm cung cấp nguồn điện ổn định và an toàn cho phụ tải phân xưởng.
Với tổng công suất của nhà máy ở quy mô vừa phải, ta chọn một máy biến áp duy nhất để giảm chi phí và đơn giản hóa vận hành so với phương án dùng nhiều máy biến áp Độ tin cậy cung cấp điện có thể thấp hơn khi chỉ có một máy biến áp vì nhà máy thuộc hộ tiêu thụ loại hai; tuy nhiên với trình độ kỹ thuật và công nghệ ngày càng phát triển, độ tin cậy của các thiết bị được đảm bảo, nhất là đối với máy biến áp.
Với tổng công suất của nhà máy tính toán sau bù: 270,503 kVA ta chọn máy biến áp có công suất định mức 315 kVA là phù hợp với nhà máy:
Không cần kiểm tra điều kiện quá tải của máy biến áp (bao gồm quá tải thường xuyên và quá tải sự cố)
Lượng công suất dư của máy biến áp không quá lớn đảm bảo máy biến áp vận hành không quá non tải gây lãng phí
Ngoài ra việc mở rộng, phát triển phụ tải cũng dễ dàng
Các thông số của máy biến áp như sau (do hãng ABB chế tạo):
Công suất máy biến áp: Pn = 315 kVA, 22/0,4 kV
Tổn hao không tải máy biến áp ∆P 0 = 720 W
Tổn thất công suất ngắn mạch của máy biến áp P CU (∆P N ) = 4850 W
Điện áp ngắn mạch của máy biến áp USC = 4 %
Lựa chọn máy phát điện dự phòng và bộ chuyển nguồn tự động
Máy phát điện là thiết bị biến đổi cơ năng thành điện năng dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, cho phép biến đổi nguồn năng lượng thành nguồn điện phục vụ nhu cầu sử dụng Trong mạng hạ áp, máy phát đóng vai trò dự phòng nguồn điện quan trọng, chủ động duy trì độ tin cậy cung cấp điện và đảm bảo hệ thống vẫn hoạt động khi xảy ra sự cố với nguồn điện chính từ lưới điện.
Trước khi quyết định đầu tư máy phát điện cho nhà máy hoặc chung cư, ngoài việc chuẩn bị tài chính, việc tính toán công suất đúng là yếu tố then chốt để hệ thống hoạt động ổn định Nếu công suất máy nhỏ hơn công suất tải, sẽ gây quá tải; ngược lại, chọn công suất máy lớn hơn nhu cầu sẽ gây lãng phí và tăng chi phí vận hành Vì vậy, phân tích nhu cầu tải và lựa chọn công suất phù hợp là bước quan trọng để tối ưu hiệu suất và chi phí.
Vì máy phát điện không chịu quá tải như máy biến áp, khi đầu tư vào hệ thống nguồn điện cần chọn máy phát điện mới đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật cần thiết; đồng thời lưu ý hệ số an toàn từ 1,1 đến 1,25 tùy theo loại máy và tình trạng sử dụng để đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy.
Chọn máy phát điện công nghiệp Vietgen VG 320 FWD (315 kVA-350 kVA) với các thông tin sau:
VG là máy phát điện Vietgen
320 là công suất của máy phát điện (kVA) với dải công suất liên tục là
315 kVA và công suất dự phòng 350 kVA
F: thể hiện thông tin tốc độ máy là 1500 vòng trong một phút, làm mát bằng két nước
W: thể hiện nhãn hiệu động cơ Doosan
D: nhãn hiệu đầu phát Dzima Generator (xoay chiều đồng bộ, 3 pha, tự kích từ, không dùng chổi than, ổ bi đơn)
3.2.2 Lựa chọn tủ điều khiển (ATS) – bộ chuyển nguồn tự động:
Bộ điều khiển ATS có chức năng điều khiển chuyển đổi tự động giữa nguồn điện lưới và nguồn điện dự phòng khi xảy ra sự cố điện nguồn
Tủ điều khiển tiêu chuẩn (ATS): kiểu loại TC4, dùng bản mạch vi xử lý DST
4400 với các chức năng sau:
Chìa khoá điều khiển 3 vị trí:
MAN: chạy bằng tay, có nút bấm START và STOP
AUTO/TEST: chạy tự động, khi có sự cố điện lưới thì tự động khởi động và chuyển tải từ lưới điện qua máy phát, và ngược lại
Nút bấm đóng mở contactor của bộ
Màn hình LCD hiển thị:
Máy phát điện được mô tả với các thông số kỹ thuật như VAC, AAC, Hz, kW, kVA, kWh và VDC, kèm theo giờ máy để theo dõi thời gian vận hành Các chỉ số áp suất, nhiệt độ và mức nhiên liệu được giám sát để đánh giá tình trạng hệ thống, đồng thời số lần khởi động cho biết độ bền và khả năng khởi động lại của máy Đèn báo trạng thái gồm Power On, Mains On, Gen On và Auto mode giúp người dùng nhận diện nhanh nguồn cấp và chế độ hoạt động tự động của máy phát.
3.2.2.3 Chức năng bảo vệ: Đèn báo lỗi: Common Alarm
Thông báo lỗi: chạy quá vận tốc (overspeed), nhiệt độ cao (high engine temperature), hết nhiên liệu ( No fuel), ngắn mạch (Short circuit) …
Bù công suất phản kháng
Hệ thống điện xoay chiều cung cấp hai dạng năng lượng:
Năng lượng tác dụng đo theo đơn vị kilowatt giờ (kWh), năng lượng này được chuyển sang công cơ học, nhiệt, ánh sáng…
Năng lượng phản kháng là dạng năng lượng được chia làm hai loại: năng lượng yêu cầu bởi mạch có tính cảm (máy biến áp, động cơ điện) và năng lượng yêu cầu bởi mạch có tính dung (điện dung dây cáp, tụ công suất) Năng lượng vô công hay năng lượng phản kháng dù không tiêu thụ công suất từ nguồn phát, nhưng trong quá trình truyền tải và phân phối điện, nó gây tổn hao nhiệt trên dây dẫn.
Bù công suất phản kháng để cải thiện hệ số công suất:
Hệ số công suất là tỷ số giữa công tác dụng (kW) và công suất biểu kiến (kVA) Giá trị tối đa bằng 1 và hệ số công suất càng cao sẽ mang lại lợi ích cho cả ngành điện lẫn khách hàng Việc nâng cao hệ số công suất mang lại những ưu điểm về kỹ thuật và kinh tế như giảm tiền điện, cho phép sử dụng máy biến áp, thiết bị đóng cắt và cáp nhỏ hơn, đồng thời giảm tổn thất điện năng và sụt áp trong lưới Để cải thiện hệ số công suất của mạng điện, cần một bộ tụ điện làm nguồn phát công suất phản kháng, giải pháp được gọi là bù công suất phản kháng Trong mạng điện hạ áp, bù công suất được thực hiện bằng bộ tụ điện.
Tụ điện với lượng bù cố định (bù nền)
Thiết bị điều chỉnh bù tự động hoặc một bộ tụ cho phép điều chỉnh liên tục tuỳ theo yêu cầu khi tải thay đổi
Tùy theo vấn đề tối ưu hoá kinh tế và kỹ thuật cho mạng điện và vị trí đặt tụ bù mà ta có các kiểu bù khác nhau:
Bù tập trung: áp dụng khi tải ổn định và liên tục
Bù nhóm (từng phân đoạn) là phương án nên được áp dụng khi mạng điện quá tải và khi chế độ tải tiêu thụ ở các phân đoạn thay đổi theo thời gian Việc triển khai bù cho từng nhóm giúp cân bằng công suất, cải thiện độ ổn định của hệ thống và tối ưu hóa hiệu suất điện năng, đặc biệt trong điều kiện tải biến thiên giữa các phân đoạn theo thời gian.
Bù riêng: nên được xét đến khi công suất động cơ đáng kể so với công suất mạng điện
Đối với nhà máy, bù công suất phản kháng là giải pháp tối ưu để cải thiện hệ số công suất và giảm tổn thất điện năng Phương án bù tập trung được triển khai tại thanh cái hạ áp của tủ phân phối chính, nhằm tối ưu hóa không gian lắp đặt và tăng tính đồng bộ của hệ thống điện Thiết bị bù công suất phản kháng sẽ được đóng trong thời gian tải hoạt động để đảm bảo hiệu quả bù và đáp ứng kịp thời khi mức tải tăng lên.
Tính toán giá trị bù công suất phản kháng:
Giá trị hệ số công suất sau khi bù: 0,95
Ta có hệ số công suất tính toán trước khi bù: Cosφ = 0,822 suy ra tgφ = 0,693
Hệ số công suất sau khi bù: Cosφ’ = 0,95 suy ra tgφ’ = 0,3287
Công suất phản kháng cần bù để đạt giá trị Cosφ’ = 0,95
Qbù = Ptt_TPPC(tgφ - tgφ’) = 258,706 × (0,693 - 0,3287) = 94,25 kVAr Lựa chọn tụ bù theo sách hướng dẫn đồ án môn học thiết kế cung cấp điện: chọn loại tụ KC1-0,38-25-3Y3 có điện áp định mức 0,38 kV, công suất định mức 25 kVAr, điện dung 551 μF.
Với công suất cần bù là 94,25 ta cần 4 bộ tụ như trên
Công suất biểu kiến của nhà máy sau khi bù:
270,503( ) tt saubu tt TPPC tt TPPC dm saubu
Hệ số công suất tính toán sau khi bù:
0,956 270,503 tt TPPC tt saubu tt saubu