(Đồ Án Hcmute) Thiết Kế Cung Cấp Điện Cho Phân Xưởng Cơ Khí.pdf

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT ĐIỆN ĐIỆN TỬ Tp Hồ Chí Minh, tháng 1/2018 S KL0 0 1 0 0 0 3 THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞ[.]

PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ 7

TÍNH TOÁN PHỤ TẢI 8

SVTH: Trịnh Vĩnh An - Trần Đình Quốc Thảo 9

1.1 CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU

1.1.1 Đặc điểm của phân xưởng

Các đặc điểm của phân xưởng là cơ sở để xác định phương án thiết kế cấp điện cho phân xưởng

Các đặc điểm chính của phân xưởng bao gồm:

1 Kích thước của phân xưởng: chiều dài, chiều rộng, chiều cao, diện tích

2 Kết cấu xây dựng của phân xưởng: đặc điểm về trần xưởng, tường, nền…

3 Môi trường làm việc trong phân xưởng: bụi nhiều hay ít, khô ráo hay ẩm ướt, nhiệt độ trung bình hàng năm nơi đặt phân xưởng, các yêu cầu về chống cháy, nổ…

4 Chế độ làm việc của phân xưởng: số ca làm việc trong một ngày

5 Quy mô sản xuất, sản phẩm của phân xưởng: qui mô của phân xưởng lớn, nhỏ hay vừa, sản phẩm chủ yếu của phân xưởng

6 Xác định yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện: loại hộ tiêu thụ điện, nguồn điện cung cấp, nguồn dự phòng

7 Đặc điểm của phụ tải tiêu thụ điện trong phân xưởng: loại và công suất của các động cơ, động cơ có công suất lớn nhất, số lượng động cơ

1.1.2 Thông số và sơ đồ mặt bằng phụ tải điện của phân xưởng

Đề tài “Thiết kế Cung Cấp Điện Cho Phân Xưởng Cơ Khí” yêu cầu sinh viên thực hiện việc phân tích thông số thiết bị và sơ đồ mặt bằng phụ tải điện của phân xưởng, đây là những số liệu quan trọng mà giảng viên hướng dẫn giao cho sinh viên.

Sơ đồ mặt bằng phụ tải điện trình bày vị trí của các thiết bị trên toàn bộ mặt bằng phân xưởng

Các thông số phụ tải điện của phân xưởng bao gồm: tên thiết bị, mã hiệu, số lượng thiết bị, công suất tác dụng định mức Pn (kW), công suất biểu kiến Sn (kVA), hệ số công suất cos φ, hệ số sử dụng ku và hiệu suất sử dụng máy η.

Bảng 1.1 Thông số phụ tải điện của phân xưởng

TT Tên thiết bị Mã hiệu Số lượng P n (kW) cos S n (kVA) η k u Ghi chú

Trường hợp đề tài không cho sẵn thì hệ số công suất cos φ và hệ số sử dụng ku có thể tra ở [TLTK3]

1.1.3 Đồ thị phụ tải đặc trưng của phân xưởng cơ khí Đồ thị phụ tải đặc trưng của phân xưởng cơ khí trình bày ở Hình 1.1

Hình 1.1 Đồ thị phụ tải công suất biểu kiến

Phân nhóm phụ tải dựa trên các yếu tố sau:

▪ Phân nhóm theo chức năng: các thiết bị trong cùng một nhóm nên có cùng chức năng

▪ Phân nhóm theo vị trí: các thiết bị cùng một nhóm có vị trí gần nhau

▪ Phân nhóm có chú ý phân đều công suất cho các nhóm

▪ Dòng định mức của nhóm phù hợp với dòng định mức của các CB chuẩn

▪ Số nhóm tùy thuộc vào qui mô của phân xưởng nhưng không nên quá nhiều, thường số nhóm không lớn hơn 5

1.3 XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN

Xác định phụ tải tính toán là bước quan trọng để lựa chọn dây dẫn, cáp và các thiết bị điện như cầu chì, CB, tủ phân phối chính và tủ phân phối Việc này đảm bảo hệ thống điện hoạt động hiệu quả và an toàn.

❖ TCVN 7447-1-2004 (IEC 603642-1-2001): Hệ thống lắp đặt điện của các tòa nhà- Nguyên tắc cơ bản đánh giá các đặc tính chung, định nghĩa

❖ TCVN 7447-2010: Hệ thống lắp đặt điện hạ áp

❖ TCVN 9206-2012: Đặt thiết bị trong nhà ở và công trình công cộng - Tiêu chuẩn thiết kế

❖ QCVN 12-2014 BBXD: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về hệ thống điện của nhà ở và nhà công cộng

1.3.1 Xác định phụ tải tính toán cho từng nhóm thiết bị a Thông số phụ tải điện của các nhóm thiết bị

Thông số phụ tải điện của các nhóm thiết bị chính là thông số phụ tải điện của phân xưởng nhưng được trình bày theo từng nhóm riêng biệt

Bảng 1.2 Thông số phụ tải điện của các nhóm thiết bị Tên nhóm và thiết bị điện

Mã hiệu Kí hiệu trên mặt bằng

Tổng 23,7 b Các phụ tải tính toán cần xác định cho mỗi nhóm thiết bị

Các phụ tải tính toán cần xác định cho mỗi nhóm thiết bị bao gồm:

▪ Công suất tác dụng tính toán của nhóm Pc (kW)

▪ Công suất biểu kiến tính toán của nhóm Sc (kVA)

▪ Dòng điện tính toán của nhóm Ic (A)

Để xác định phụ tải tính toán cho một nhóm thiết bị điển hình, cần trình bày rõ ràng trình tự thực hiện Các nhóm thiết bị khác có thể áp dụng quy trình tương tự Kết quả sẽ được trình bày trong bảng để dễ dàng theo dõi và so sánh.

Tùy thuộc vào sự chênh lệch trong việc thay đổi hệ số công suất (cosφ) của các thiết bị phụ tải, có thể phân chia thành các trường hợp khác nhau, trong đó trường hợp cosφ chênh lệch khá nhiều cần được xem xét kỹ lưỡng.

Các bước được tiến hành như sau:

Bước1 Quy đổi công suất định mức của các thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại và thiết bị một pha

Nếu nhóm có thiết bị hoạt động theo chế độ ngắn hạn lặp lại, công suất định mức cần được quy đổi về công suất định mức trong chế độ làm việc dài hạn.

Công thức qui đổi như sau:

P qđ  P n   n (1.1) Ở đây:  n là hệ số đóng điện tính theo phần trăm

Nếu trong nhóm thiết bị có một thiết bị một pha kết nối với điện áp dây hoặc điện áp pha của mạng điện, cần phải chuyển đổi công suất về ba pha trước khi thực hiện các phép tính.

Bước 2 Xác định công suất tính toán của nhóm

Công suất tác dụng tính toán P cj của nhóm thiết bị thứ j được xác định theo công thức sau:

Hệ số đồng thời k sj của nhóm thiết bị thứ j được tra cứu từ [TLTK4], trong khi k ui là hệ số sử dụng của thiết bị thứ i và P ni là công suất định mức của thiết bị thứ i Số lượng thiết bị trong nhóm thứ j được ký hiệu là n j Công suất phản kháng Q cj của nhóm thiết bị thứ j được tính toán theo công thức cụ thể.

Hệ số công suất trung bình của nhóm thiết bị thứ j:

 (1.4) Ở đây:cos là hệ số công suất của thiết bị thứ i 

Công suất biểu kiến tính toán của nhóm thiết bị thứ j:

S cj   P cj 2 Q cj 2  (1.5) Dòng điện tính toán của nhóm thiết bị thứ j: n cj cj U

Bước 3 Thống kê kết quả tính toán cho các nhóm máy

Kết quả xác định phụ tải tính toán được thống kê lại và trình bày ở Bảng 1.3

Bảng 1.3 Kết quả xác định công suất tính toán cho các nhóm máy

Tên nhóm k sj cos j /tg j P cj

…… c.2 Trường hợp cosφ chênh lệch ít, không nhiều

Trong trường hợp các thiết bị trong nhóm có hệ số công suất (cosφ) chênh lệch không đáng kể, công suất tính toán biểu kiến của nhóm thiết bị có thể được xác định bằng công thức: \( S = \sum_{i=1}^{n} u_i \cdot s_j \cdot c_j \cdot k_k \).

Hệ số đồng thời của nhóm thiết bị thứ j được ký hiệu là ksj, trong khi hệ số sử dụng của thiết bị thứ j là kui Công suất biểu kiến của thiết bị thứ i trong nhóm thiết bị thứ j được biểu thị bằng Si.

1.3.2 Xác định công suất tính toán của tủ phân phối

Phụ tải tính toán của tủ phân phối thứ m:

Hệ số đồng thời của tủ phân phối thứ m được ký hiệu là k sm Công suất tác dụng tính toán và công suất biểu kiến tính toán của nhóm thiết bị thứ j lần lượt được ký hiệu là P cj và S cj Số nhánh phân phối của tủ phân phối thứ m được biểu thị bằng m.

1.3.3 Xác định phụ tải chiếu sáng của phân xưởng

Phụ tải chiếu sáng của phân xưởng được xác định sơ bộ theo phương pháp suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích

Công suất tác dụng tính toán của hệ thống chiếu sáng:

P cs  P 0  F (1.12) Công suất biểu kiến của hệ thống chiếu sáng:

SVTH: Trịnh Vĩnh An - Trần Đình Quốc Thảo 14 cos cs cs

Suất chiếu sáng P0 trên một đơn vị diện tích được tính bằng kW/m², với F là diện tích phân xưởng tính bằng m², và cosφ là hệ số công suất của đèn Một số giá trị cosφ của các loại đèn cụ thể được liệt kê như sau:

- Đối với đèn nung sáng: cos =1

- Đối với đèn huỳnh quang:

+ cos= 0,6 khi không có tụ bù cos

+ cos= 0,86 nếu có tụ bù cos (đèn đơn hoặc đôi)

+ cos= 0,96 nếu dùng ballast điện tử

- Đối với đèn phóng điện: cos= 0,8

1.3.4 Xác định công suất tính toán của tủ phân phối chính

Phụ tải tính toán của tủ phân phối chính thứ k:

Hệ số đồng thời k sk của tủ phân phối chính thứ k, cùng với công suất tác dụng P ck và công suất biểu kiến S ck của tủ phân phối phụ thứ m, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định số nhánh phân phối của tủ phân phối chính thứ k.

Hệ số k sk có thể chọn theo Bảng 1.4 hay Bảng 1.5

Bảng 1.4 Hệ số đồng thời cho tủ phân phối

Bảng giá trị hệ số đồng thời của mạch cho những tủ phân phối

Số mạch Hệ số đồng thời k s

2 và 3 Tủ được kiểm nghiệm toàn bộ 0.9

Tủ được kiểm nghiệm từng phần trong mỗi trường hợp 1

Nếu mạch chủ yếu là chiếu sáng thì có thể coi k s gần bằng 1

Bảng 1.5 Hệ số đồng thời theo chức năng của mạch

Bảng giá trị hệ số đồng thời theo chức năng của mạch

Chức năng mạch Hệ số đồng thời k s

Các ổ cắm 0.1  0.4 Động cơ và thang máy Motor có công suất lớn thứ nhất 1

Motor có công suất lớn thứ hai 0.75

VẠCH PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN 16

2.1 VẠCH PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG

Phương án cung cấp điện điển hình của phân xưởng cơ khí như sau:

1 Xây dựng trạm biến áp riêng cho phân xưởng dựa vào các chỉ dẫn sau:

Nếu trạm biến áp xí nghiệp có công suất đủ để cung cấp điện cho phân xưởng, việc xây dựng trạm biến áp riêng cho phân xưởng là không cần thiết Thay vào đó, chỉ cần sử dụng đường cáp điện từ trạm biến áp xí nghiệp để cấp điện cho phân xưởng.

Nếu trạm biến áp xí nghiệp không đủ công suất để cung cấp điện cho phân xưởng, hoặc nếu vị trí của trạm biến áp quá xa so với phân xưởng, việc xây dựng một trạm biến áp riêng cho phân xưởng là cần thiết.

Khi áp dụng phương án cung cấp điện kiểu dẫn sâu, nên lắp đặt trạm biến áp cho từng phân xưởng hoặc cho từng nhóm phân xưởng, đặc biệt là khi công suất của phân xưởng nhỏ.

2 Sử dụng tủ phân phối chính nhận điện từ trạm biến áp phân xưởng và cấp điện cho các tủ phân phối, tủ chiếu sáng Mỗi tủ phân phối điều khiển cấp điện cho một nhóm phụ tải

3 Sử dụng CB (hoặc cầu chì) đặt tại các lộ vào và lộ ra của tủ phân phối chính và tủ phân phối để điều khiển đóng cắt / bảo vệ

4 Phương án nối dây mạng điện phân xưởng:

- Từ tủ phân phối chính đến các tủ phân phối thường sử dụng phương án đi dây hình tia

Tủ phân phối sử dụng sơ đồ hình tia cho các thiết bị công suất lớn, trong khi sơ đồ phân nhánh được áp dụng cho các thiết bị công suất nhỏ.

- Các nhánh đi từ phân phối không nên quá nhiều (thường nhỏ hơn 10), và tải của các nhánh này nên có công suất gần bằng nhau

- Khi phân tải cho các nhánh nên chú ý đến dòng định mức của các CB chuẩn

2.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG CẤP ĐIỆN

Sơ đồ nguyên lý hệ thống cấp điện điển hình cho phân xưởng được trình bày ở Hình 2.1

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống cấp điện cho phân xưởng Chú thích

DT (Distribution Transformer): Máy biến áp phân phối

G (Generator): Máy phát dự phòng

MCCB (Moulded Case Circuit Breaker): Máy cắt loại khối

MDB (Main Distribution Board): Tủ phân phối chính

DB (Distribution Board): Tủ phân phối

DLB (Distribution Lighting Board): Tủ chiếu sáng

MCB (Miniature Circuit Breaker): Máy cắt loại tép

LỰA CHỌN PHẦN TỬ CỦA SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN 19

LỰA CHỌN CÁC PHẦN TỬ CỦA SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN

❖ TCVN 6306-1:2015 (IEC 60076-1:2011): Máy biến áp điện lực - Phần 1: Qui định chung

❖ IEC 60076-7: Power transformers – Loading guide for oil-immersed power transformers (Máy biến áp điện lực – Hướng dẫn mang tải đối với máy biến áp ngâm trong dầu)

❖ TCVN 8525- 2015: Máy biến áp phân phối - Mức hiệu suất năng lượng tối thiểu và phương pháp xác định hiệu suất năng lượng

3.1.1 Xác định vị trí trạm biến áp phân xưởng

Khi chọn vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng cần phải xem xét đến các yếu tố sau:

- Đảm bảo tính an toàn

- Thao tác vận hành, sửa chữa, quản lý và lắp đặt dễ dàng

- Đặt ở nơi thông thoáng phòng nổ, cháy, bụi bặm và khí ăn mòn

- Thuận lợi cho đường dây vào ra

Vị trí đặt trạm biến áp có thể ở bên ngoài, liền kề hoặc bên trong phân xưởng:

Trạm xây dựng bên ngoài được sử dụng khi cần cung cấp dịch vụ cho nhiều phân xưởng hoặc khi muốn tránh những khu vực có bụi bẩn, khí ăn mòn và rung động.

- Trạm xây dựng liền kề được dùng phổ biến hơn cả vì tiết kiệm về xây dựng và ít ảnh hưởng đến các công trình khác

Trạm xây dựng bên trong là lựa chọn phù hợp cho các phân xưởng rộng với phụ tải lớn Việc sử dụng loại trạm này cần chú trọng đảm bảo các điều kiện an toàn về phòng nổ và cháy.

Các vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng được trình bày ở Hình 3.1

1.Xây dựng bên ngoài; 2 Xây dựng liền kề; 3 Xây dựng bên trong

Hình 3.1 Vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng

3.1.2 Xác định số lượng, dung lượng máy biến áp trong trạm

Trình tự tiến hành như sau:

Bước 1 Xác định tổng công suất tính toán toàn phân xưởng: S c

Bước 2 Chọn số lượng máy biến áp đặt trong trạm: n

Tổng công suất tiêu thụ của phân xưởng cơ khí thường không lớn, vì vậy chỉ cần sử dụng tối đa hai máy biến áp để đơn giản hóa quá trình vận hành Nếu trạm có nhiều máy biến áp, nên chọn cùng chủng loại và dung lượng để dễ dàng trong lắp đặt và đảm bảo khả năng dự phòng.

Bước 3 Xác định công suất máy biến áp: S T

Công suất định mức của máy biến áp được xác định dựa trên điều kiện quá tải thông thường cho trạm có một máy biến áp, trong khi đối với trạm có nhiều máy biến áp, công suất này được chọn theo điều kiện quá tải trong trường hợp xảy ra sự cố.

- Chọn theo điều kiện quá tải lúc bình thường:

 (3.1) k đk là hệ số điền kín phụ tải, xác định từ đồ thị phụ tải ngày:

(3.2) bt k qt là hệ số quá tải lúc bình thường, xác định theo qui tắc quá tải 3%:

Để nâng cao độ chính xác trong việc lựa chọn công suất máy biến áp, bạn có thể áp dụng phương pháp đồ thị phụ tải đẳng trị hai bậc [TLTK1].

- Chọn theo điều kiện quá tải lúc sự cố khi (n2):

Hệ số quá tải sự cố (k qt sc) là một yếu tố quan trọng trong thiết kế máy biến áp Đối với máy biến áp chế tạo theo tiêu chuẩn IEC, k qt sc được xác định là 1.3, trong khi đối với máy biến áp theo tiêu chuẩn LX, giá trị này là 1.4.

Công suất của máy biến áp được chọn theo giá trị định mức theo điều kiện (3.1) hay (3.4).

3.2 CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN DỰ PHÒNG

❖ TCVN 9729-2013 (ISO 8528-2:2005): Tổ máy phát điện xoay chiều dẫn động bởi động cơ đốt trong kiểu piston- Phần 2: Động cơ

❖ TCVN 6627-1:2014 (IEC 60034-1:2010) về Máy điện quay - Phần 1: Thông số đặc trưng và tính năng

Chủng loại: máy phát điện diesel có bình dầu đặt dưới đế máy

Khi phụ tải yêu cầu cung cấp điện liên tục, việc xem xét phương án cấp nguồn dự phòng là cần thiết Nguồn dự phòng có thể đến từ đường dây cấp nguồn từ trạm biến áp gần nhất hoặc từ máy phát điện dự phòng Nếu sử dụng máy phát điện dự phòng, công suất định mức của máy phát phải đáp ứng các tiêu chí nhất định.

Công suất định mức dự phòng của máy phát điện (S F) phải lớn hơn hoặc bằng công suất cực đại của phụ tải (S T), với hệ số k% phụ thuộc vào suất đầu tư và loại hộ tiêu thụ.

Phòng máy phát cần được thiết kế thông thoáng và lắp đặt ở vị trí ngoài phân xưởng Nếu máy phát được đặt trong hoặc gần phân xưởng, phòng máy phát sẽ phải được thiết kế cách âm để đảm bảo hiệu quả hoạt động và giảm thiểu tiếng ồn.

SVTH: Trịnh Vĩnh An - Trần Đình Quốc Thảo 23 đáp ứng tiêu chuẩn về độ ồn, với mức độ ồn ≤ 75dB khi cách 4m Ống khói của máy phát được thiết kế cao hơn các công trình lân cận, đảm bảo tuân thủ các yêu cầu về môi trường.

Máy phát điện Diesel dự phòng cần tự động khởi động khi xảy ra mất điện từ máy biến áp hoặc lưới điện thành phố Điều này được thực hiện thông qua các relay kiểm tra mạng điện, được đặt trong tủ điện chứa bộ phận chuyển nguồn tự động ATS.

3.3 CHỌN DÂY DẪN, CÁP VÀ THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT BẢO VỆ

3.3.1 Phương pháp xác định kích cỡ của dây dẫn/cáp và thiết bị đóng cắt bảo vệ mạng động lực phân xưởng

Lưu đồ lựa chọn tiết diện dây dẫn, cáp kết hợp với thiết bị đóng cắt bảo vệ được trình bày ở Hình 3.2

Hình 3.2 Lưu đồ lựa chọn tiết diện dây dẫn, cáp kết hợp với thiết bị bảo vệ

3.3.2 Trình tự chọn dây dẫn/cáp cho mạng điện động lực phân xưởng

❖ TCVN 9207:2012: Đặt đường dây điện trong nhà ở và công trình công cộng - Tiêu chuẩn thiết kế

❖ TCVN 9208:2012: Lắp đặt cáp và dây dẫn trong các công trình công nghiệp

❖ IEC 60364-5-52-2012: Lắp đặt thiết bị điện - Lựa chọn và lắp đặt thiết bị điện - Hệ thống dây điện

1 Xác định kích cỡ và phương thức lắp đặt dây dẫn/cáp Đối với mạng điện phân xưởng có thể chọn loại dây dẫn/cáp dẫn điện và phương thức lắp đặt dây như sau:

- Tuyến dây từ trạm biến áp đến tủ phân phối chính:

Đối với tuyến dây chính chịu tải lớn, thường sử dụng cáp đồng đơn lõi bọc PVC cách điện XLPE, bao gồm 3 cáp dây pha và 1 cáp trung hòa Phương án lắp đặt có thể thực hiện nổi trên khay cáp hoặc máng cáp.

- Tuyến dây từ tủ phân phối chính đến tủ phân phối:

Thường dùng cáp đồng đơn lõi hay đa lõi bọc PVC, cách điện PVC, phương án lắp đặt có thể đi nổi trên khay cáp và máng cáp

- Tuyến dây từ tủ phân phối đến các động cơ:

Đối với phụ tải 3 pha đối xứng có công suất nhỏ, thường là động cơ, có thể sử dụng cáp đồng 3 lõi với cách điện bằng PVC Cáp này có thể được lắp đặt trong ống PVC hoặc ống kim loại chôn ngầm nếu vị trí phụ tải cố định, hoặc đi trên khay cáp nếu vị trí phụ tải có thể thay đổi theo quy hoạch của phân xưởng hoặc đổi mới công nghệ, dây chuyền sản xuất.

Đối với phụ tải 3 pha đối xứng có công suất lớn, việc sử dụng cáp đồng đơn lõi cách điện bằng XLPE hoặc PVC cho mỗi pha sẽ giúp thuận tiện trong quá trình lắp đặt Cáp có thể được đi nổi trên khay cáp hoặc máng cáp.

THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG CHO PHÂN XƯỞNG 37

4.1 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG

❖ TCVN 3743-1983: Chiếu sáng nhân tạo nhà công nghiệp và các công trình công nghiệp

❖ TCVN 7114-1-2008: Ecgônômi - Chiếu sáng nơi làm việc - Phần 1: Trong nhà

❖ TCVN 7114-3-2008: Ecgônômi - Chiếu sáng nơi làm việc - Phần 3: Chiếu sáng an toàn & Bảo vệ tại những nơi làm việc ngoài nhà

❖ TCVN 4400-1987: Kỹ thuật chiếu sáng - Thuật ngữ định nghĩa

❖ TCXDVN 259-2001: Lắp đặt thiết bị chiếu sáng cho các công trình công nghiệp -Yêu cầu chung

4.1.1 Yêu cầu chung khi thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng

Trong phân xưởng, ngoài việc tận dụng ánh sáng tự nhiên, việc sử dụng chiếu sáng nhân tạo là cần thiết Thiết kế hệ thống chiếu sáng cho phân xưởng cần đảm bảo độ rọi phù hợp và hiệu quả cho thị giác.

Cần chú ý đến màu sắc và lựa chọn chao, chụp đèn phù hợp, cũng như bố trí các loại đèn nhằm đảm bảo tính kinh tế, kỹ thuật và thẩm mỹ cho không gian.

Các yêu cầu khi thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng như sau:

▪ Độ rọi tại các điểm kiểm tra phải bằng hay lớn hơn độ rọi yêu cầu

▪ Không gây chói do các tia sáng chiếu trực tiếp từ đèn đến mắt

▪ Không gây chói do các tia phản xạ từ các vật xung quanh

Để giảm thiểu mỏi mắt khi quan sát từ vị trí này sang vị trí khác, cần đảm bảo độ rọi ánh sáng phân bố đồng đều.

▪ Màu sắc phù hợp với tính chất công việc

4.1.2 Trình tự thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng

Hệ thống chiếu sáng chung cho phân xưởng có được tính toán theo phương pháp hệ số sử dụng

Trình tự tính toán chiếu sáng cho phân xưởng theo phương pháp này bao gồm các bước sau đây:

Bước 1 Xác định số liệu ban đầu

- Kích thước phân xưởng: dài×rộng×cao(m)

- Chức năng phân xưởng: sản xuất chế tạo

- Môi trường làm việc: ít/nhiều bụi

- Chiều cao mặt phẳng làm việc

- Các yêu cầu khác: tiết kiệm điện, nhiệt độ màu, chống cháy nổ, điều khiển tự động,…

Bước 2 Xác định các hệ số phản xạ của tường, trần và sàn [TLTK1]

Các hệ số phản xạ của trần, tường vàsàn trong thiết kế sơ bộ có thể chọn theo Bảng 4.1

Bảng 4.1 Các hệ số phản xạ Các hệ số phản xạ Thương nghiệp Công nghiệp nhẹ Công nghiệp nặng

Bước 3 Chọn bộ đèn [TLTK1]

• Chọn bộ đèn theo các hướng dẫn sau:

1 Nếu khu vực cần chiếu sáng có trần thấp (khoảng cách từ đáy dưới đèn đến sàn nhỏ hơn 6m) thì nên chọn các bộ đèn có kiểu phân bố ánh sáng rộng và có chóa đèn giảm chói

Đèn HID cung cấp ánh sáng phân bố rộng, cải thiện độ rọi theo hướng dọc và cho phép tăng khoảng cách giữa các đèn gấp đôi so với khoảng cách treo đèn.

- Đèn huỳnh quang có thể là một lựa chọn tốt cho chiếu sáng trần thấp do độ đồng đều của chúng và ánh sáng tập trung

2 Nếu khu vực cần chiếu sáng có trần cao (khoảng cách từ đáy dưới đèn đến sàn vượt quá 6m) thì nên chọn các bộ đèn có kiểu phân bố ánh sáng tập trung và bán tập trung có chóa chiếu sâu Trong trường hợp này, thường sử dụng đèn HID và đèn huỳnh quang công suất lớn

- Kiểu chóa đèn: phụ thuộc vào yêu cầu của đối tượng chiếu sáng, đặc điểm về cấu trúc của nơi chiếu sáng, sự phân bố các thiết bị,…

- Loại bóng đèn, công suất P đ (W) và quang thông  đ (lm) của bóng đèn

- Số bóng trong bộ đèn: tùy thuộc vào yêu cầu cần chiếu sáng và đặc điểm của bộ đèn mà chọn số bóng trong bộ đèn

- Tính quang thông và công suất của bộ đèn:

 bđ   đ (Số bóng trong bộ đèn), (lm)

P bđ  P đ (Số bóng trong bộ đèn), (W)

Độ cao treo đèn H đ (m) là khoảng cách từ đáy đèn đến mặt phẳng làm việc, và có thể được điều chỉnh dựa trên loại đèn, công suất và kiểu chóa đèn, theo hướng dẫn trong Bảng 4.2.

Bảng 4.2 Độ cao treo đèn

Công suất bóng đèn P (W) đ Độ cao treo đèn H (m) đ Đèn HID P đ  75 1,5 H đ  3

Bước 5 Xác định hệ số sử dụng đèn CU

Hệ số sử dụng đèn phụ thuộc vào:

- Loại nguồn sáng (đèn + chóa)

- Các hệ số phản xạ tường, trần, sàn

- Chỉ số phòng i, xác định theo công thức sau:

Xác định hệ số sử dụng đèn CU [TLTK1]

Bước 6 Xác định hệ số mất ánh sáng LLF (Light Loss Factor)

Hệ số LLF (Light Loss Factor) chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm loại đèn, mức độ bụi trong môi trường sử dụng, tần suất bảo trì đèn (số lần lau bóng hàng tháng) và thời gian sử dụng đèn.

Xác định hệ số LLF [TLTK1]

Bước 7 Chọn độ rọi yêu cầu E (lux) yc

Tùy thuộc vào loại công việc, kích thước vật cần phân biệt, mức độ căng thẳng và độ tuổi của người lao động, việc lựa chọn độ rọi phù hợp là rất quan trọng.

Xác định độ rọi yêu cầu E yc [TLTK5]

Bước 8 Xác định số bộ đèn

Số bộ đèn được xác định theo biểu thức sau:

Bước 9 Phân bố các bộ đèn

• Dựa trên các yếu tố sau:

- Đặc điểm kiến trúc của phân xưởng và sự phân bố thiết bị

Để đảm bảo ánh sáng đồng đều và tránh hiện tượng chói mắt, cần phân bố đèn một cách hợp lý, đáp ứng các yêu cầu về khoảng cách tối đa giữa các đèn và giữa đèn với tường.

• Tiêu chuẩn kiểm tra độ đồng đều:

Để đảm bảo tính đồng đều trong việc lắp đặt đèn, cần kiểm tra các tỉ số giữa khoảng cách L giữa 2 đèn, chiều cao treo đèn hiệu dụng H đ, và khoảng cách D t giữa đèn và tường.

L nên lấy trong phạm vi:

 (Huỳnh quang không âm tường),   0 , 8 (Huỳnh quang âm tường)

=  nên lấy trong phạm vi:   0 , 3  0 , 5

Nếu các điều kiện không được đáp ứng, cần điều chỉnh khoảng cách giữa hai đèn, thay đổi độ cao treo đèn hoặc thay đổi công suất đèn để đảm bảo tính đồng đều trong chiếu sáng.

4.2 THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN CHIẾU SÁNG CHO PHÂN XƯỞNG

4.2.1 Vạch phương án đi dây mạng điện chiếu sáng

1 Mạng điện chiếu sáng cho phân xưởng được thiết kế theo mạng riêng (đường dây riêng, tủ chiếu sáng riêng nếu phân xưởng có diện tích rộng), tránh việc đóng mở động cơ làm dao động điện áp lớn trên cực đèn

2 Tủ chiếu sáng và các bảng điện điều khiển nên đặt gần cửa ra vào của phân xưởng, phòng sinh hoạt chung

3 Trong tủ chiếu sáng đặt một CB tổng 3 pha nhận điện từ tủ phân phối chính và các

CB nhánh 1 pha điều khiển cấp điện cho một dãy đèn

4 Sơ đồ nguyên lý mạng điện chiếu sáng điển hình cho phân xưởng được mô tả ở Hình

Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý mạng điện chiếu sáng phân xưởng

4.2.2 Chọn dây dẫn/cáp và CB bảo vệ cho mạng điện chiếu sáng

Khi thiết kế hệ thống điện chiếu sáng, việc chọn dây dẫn/cáp và cầu dao (CB) từ tủ phân phối đến tủ chiếu sáng, cũng như từ tủ chiếu sáng đến các dãy đèn, là rất quan trọng Quy trình lựa chọn dây dẫn/cáp và CB cho mạng điện chiếu sáng tương tự như quy trình cho mạng điện động lực trong phân xưởng.

Bước 1 Xác định dòng cho phép của dây dẫn/cáp:

- Xác định dòng tính toán Icp

• Tuyến dây từ tủ chiếu sáng đến từng dãy đèn:

+ Trường hợp đèn trên một dãy phân bố trên cùng một pha:

I P fn đ nđ cp    (4.3) + Trường hợp các đèn trên một dãy được phân bố đều trên cả ba pha:

Công suất chiếu sáng tính toán của một dãy đèn được ký hiệu là P nđ (kW), trong khi điện áp pha định mức là U fn (kV) và điện áp dây định mức là U n (kV) Hệ số công suất của loại đèn sử dụng được biểu thị bằng cos  đ.

• Tuyến dây từ tủ phân phối đến tủ chiếu sáng (trường hợp đèn phân bố đều trên 3 pha):

 (4.5) Ở đây: k s là hệ số đồng thời của tủ chiếu sáng; I cpi là dòng tính toán của nhánh đèn thứ i

- Dòng định mức của CB bảo vệ cho dây được chỉnh định đến giá trị không nhỏ hơn dòng

- Khi đó lựa chọn dòng I z của dây dẫn/cáp mà CB có khả năng bảo vệ: I z  I nCB

LỰA CHỌN TỤ BÙ ĐỂ NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT 45

5.1 XÁC ĐỊNH DUNG LƯỢNG BÙ CHO PHÂN XƯỞNG

Trong các xí nghiệp công nghiệp, việc sử dụng dãy tụ điện để hiệu chỉnh hệ số công suất là rất phổ biến Đặc biệt, phân xưởng cơ khí thường gặp phải hệ số công suất thấp, vì vậy việc lắp đặt tụ bù là cần thiết để nâng cao hiệu suất này.

Phương pháp xác định dung lượng tụ bù:

- Công suất biểu kiến của máy biến áp: S T (kVA )

- Công suất tác dụng của MBA khi đầy tải:

Công suất tác dụng của máy biến áp khi đầy tải (PT) được tính theo công thức PT = cosφ ST (kW), trong đó ST là công suất biểu kiến (kVA) và cosφ là hệ số công suất trước khi bù tại thanh góp hạ áp TBA, thường được chọn trong khoảng 0,8 đến 0,85.

Tổng dung lượng cần bù cho phân xưởng để nâng hệ số công suất từ cos 1 lên cos 2 được xác định theo công thức sau[TLTK4]:

Q b  P T ( tg  1  tg  2 )( kVAr ) (5.2) 5.2 LỰA CHỌN THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT

Tiêu chuẩn IEC 60831-2014, tương ứng với TCVN 8083-2:2013 (IEC 60831-2:1995), quy định về tụ điện công suất nối song song loại tự phục hồi cho hệ thống điện xoay chiều với điện áp danh định lên đến 1000V Phần 2 của tiêu chuẩn này tập trung vào các phương pháp thử nghiệm lão hóa, thử nghiệm tự phục hồi và thử nghiệm phá hủy nhằm đảm bảo độ tin cậy và hiệu suất của thiết bị.

❖ IEC 60255- 2013: Measuring relays and protection equipment ( Relay và thiết bị bảo vệ)

❖ IEC 60068-2013: Environmental testing (Môi trường thử nghiệm)

Thiết bị bù công suất cho mạng điện hạ áp, đặc biệt là trong mạng điện phân xưởng, thường là bộ tụ bù kết hợp với thiết bị điều chỉnh bù tự động, giúp điều chỉnh hệ số công suất theo yêu cầu.

Bố trí bù gồm một hoặc nhiều tụ tạo nên lượng bù không đổi Việc điều khiển có thể thực hiện:

- Bằng tay: dùng CB hoặc LBS (Load Break Switch)

- Bán tự động: dùng Contactor

- Mắc trực tiếp vào tải và đóng điện cho mạch bù đồng thời khi đóng tải

Các tụ điện được lắp đặt:

- Tại vị trí đấu nối của thiết bị tiêu thụ điện có tính cảm (động cơ điện và máy biến áp)

- Tại vị trí thanh góp cấp nguồn cho nhiều động cơ nhỏ và các phụ tải có tính cảm kháng

5.2.2 Bộ tụ bù điều khiển tự động (bù ứng động)

Bù ứng động thường được thực hiện bằng các phương tiện điều khiển đóng ngắt từng bộ tụ công suất

Thiết bị này tự động điều chỉnh bù công suất, đảm bảo hệ số công suất duy trì trong giới hạn cho phép xung quanh giá trị đã chọn.

Thiết bị này được lắp đặt ở những vị trí có công suất tác dụng và công suất phản kháng thay đổi đa dạng Thông thường, nó được đặt tại những khu vực cụ thể để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

- Thanh góp của tủ phân phối chính

- Đầu nối của các cáp trục chịu tải lớn

5.2.3 Chỉ dẫn chọn thiết bị bù:

Nếu dung lượng bộ tụ bù nhỏ hơn hoặc bằng 15% công suất định mức của máy biến áp, hoặc nếu công suất phản kháng không thay đổi nhiều theo thời gian, thì nên áp dụng phương pháp bù nền (bù cố định).

Nếu dung lượng bù vượt quá 15% hoặc công suất phản kháng biến đổi nhiều theo thời gian, việc áp dụng bù điều khiển tự động (bù ứng động) là giải pháp hợp lý.

Khi tính được dung lượng cần bù cho phân xưởng, căn cứ vào dung lượng bù để chọn thiết bị bù [TLTK6]

5.3 XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ ĐẶT TỤ BÙ

Vị trí lắp đặt tụ bù cho mạng điện phân xưởng có 3 cách: bù tập trung, bù nhóm, hoặc bù riêng lẻ

Bù tập trung là phương pháp sử dụng khi phụ tải của phân xưởng ổn định và liên tục Bộ tụ sẽ được kết nối vào thanh góp hạ áp của trạm biến áp hoặc tủ phân phối chính và được kích hoạt trong suốt thời gian tải hoạt động.

Bù nhóm là bộ tụ bù được thiết kế riêng cho từng nhóm động cơ, thích hợp cho những mạng điện phân xưởng có quy mô lớn và khi công suất tiêu thụ của các nhóm động cơ thay đổi đa dạng theo thời gian.

Bù riêng là phương pháp được áp dụng khi công suất của động cơ có sự chênh lệch đáng kể so với công suất của mạng điện, trong trường hợp này, bộ tụ sẽ được kết nối trực tiếp vào đầu dây nối của động cơ.

THIẾT KẾ NỐI ĐẤT 48

❖ TCVN 9358-2012: Lắp đặt hệ thống nối đất thiết bị cho công trình công nghiệp- Yêu cầu chung

TCVN 7447-5-54-2005 (IEC 60364-5-53) quy định về hệ thống lắp đặt điện trong các tòa nhà, tập trung vào việc lựa chọn và lắp đặt các thiết bị điện Tiêu chuẩn này cũng đề cập đến việc bố trí nối đất, dây bảo vệ và dây liên kết bảo vệ, nhằm đảm bảo an toàn và hiệu quả cho hệ thống điện.

❖ TCVN 4756-1989: Quy phạm nối đất và nối không các thiết bị điện

6.1 MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG NỐI ĐẤT

Việc lựa chọn biện pháp bảo vệ chống điện giật và cháy nổ hợp lý phụ thuộc vào quy cách nối đất của hệ thống điện Thiết kế hệ thống nối đất chuẩn không chỉ giúp hạn chế sự cố điện mà còn bảo vệ thiết bị khỏi hư hỏng.

Hệ thống nối đất an toàn giúp giảm điện áp tiếp xúc với người khi thiết bị bị rò điện ra vỏ, từ đó đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

- Giá trị điện trở nối đất R đ 4 [TLTK3]

- Bảo vệ an toàn cho người và thiết bị khỏi nguy hiểm do điện áp bước

- Tuổi thọ của hệ thống nối đất lớn hơn hoặc bằng tuổi thọ của công trình

- Vỏ của các thiết bị được nối với bản đồng tiếp đất gần nhất

- Dây nối từ bản đồng nối đất đến vỏ thiết bị phải đảm bảo độ bền cơ

- Độ tin cậy làm việc cao và hạn chế bảo trì

- Duy trì chức năng vận hành của hệ thống điện

6.2 VẬT LIỆU THỰC HIỆN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT

- Cọc nối đất: cọc lõi thép bọc đồng có chiều dài 2,4; 3(m), đường kính Φ= 16mm

Cáp đồng trần được sử dụng để liên kết các cọc với tiết diện tối thiểu S ≥ 25mm² cho các mục đích nối đất trung tính MBA và nối đất an toàn, cũng như cho nối đất chống sét.

- Liên kết cọc và cáp đồng dùng mối hàn hóa nhiệt CADWELD hay ốc xiết cáp

- Bản đồng tiếp đất có từ 2, 4, 6, 8, 12… ngõ ra tuỳ theo yêu cầu liên kết trong thực tế

- Hộp kiểm tra nối đất (PEC) bằng nhựa tổng hợp

Sử dụng hóa chất giảm điện trở đất giúp ổn định điện trở và không làm ăn mòn điện cực, đặc biệt hiệu quả ở những khu vực có điện trở suất đất cao hoặc khi diện tích triển khai hệ thống nối đất bị hạn chế.

Các thông số vật liệu trong hệ thống nối đất có thể tra ở [TLTK3]

Tùy theo cách bố trí điện cực nối đất mà phân biệt nối đất tập trung hay nối đất mạch vòng

Nối đất tập trung sử dụng nhiều cọc nối đất được kết nối bằng thanh ngang hoặc cáp đồng trần Khoảng cách giữa các cọc nên gấp đôi chiều dài của cọc để tránh hiệu ứng màn che Địa điểm lắp đặt cọc nối đất thường là nơi có đất ẩm, điện trở suất thấp và cách xa các công trình xây dựng.

- Nối đất mạch vòng: các điện cực nối đất đặt theo chu vi công trình cần bảo vệ (cách móng từ 1-1,5m) khi phạm vi công trình rộng

6.4 CÔNG THỨC TÍNH TOÁN TRỊ SỐ ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT Điện trở suất của đất tùy thuộc chủ yếu vào loại đất và độ ẩm của đất, giá trị điện trở suất tính toán được xác định theo biểu thức:

 tt  K m  đ (6.1) Ở đây:  đ là trị số điện trở suất của đất (Ωm) tra trong [TLTK3]; Km hệ số thay đổi điện trở suất đất theo mùa được tra theo Bảng 6.1

Bảng 6.1 Hệ số thay đổi điện trở suất của đất theo mùa K m

Hình thức nối đất Độ sâu đặt bộ phận nối đất(m)

Hệ số thay đổi điện trở suất

Tia (thanh) đặt nằm ngang

Trị số ứng với loại đất khô (đo vào mùa khô) Cọc đóng thẳng đứng 0,8 1,2-1,4 Trị số ứng với loại đất ẩm (đo vào mùa mưa)

- Điện trở của một cọc chôn thẳng đứng trong đất, chôn sâu h (m):

Điện trở suất của đất (tt) được đo bằng đơn vị ohm mét (Ωm), trong khi chiều dài của cọc (Lc) được tính bằng mét (m) Đường kính ngoài của cọc (d) cũng được tính bằng mét, và độ sâu chôn cọc (h) được xác định từ mặt đất đến điểm giữa của cọc, cũng tính bằng mét.

- Điện trở của thanh/cáp nối cọc, chôn sâu h (m):

Điện trở suất của đất (tt) được đo bằng ôm mét (Ωm), chiều dài của thanh hoặc cáp nối (L t) tính bằng mét (m), đường kính của thanh hoặc cáp nối (d) cũng được tính bằng mét (m), và độ chôn sâu của thanh hoặc cáp nối so với mặt đất (h) được xác định bằng mét (m).

- Điện trở của bộ phận nối đất gồm các cọc chôn thẳng đứng:

Hệ số sử dụng của các cọc chôn thẳng đứng, ký hiệu là ηc, được xác định dựa trên số lượng cọc n và cách bố trí của chúng, có thể là theo dãy hoặc theo chu vi mạch vòng Tỉ số a/L, trong đó a là khoảng cách giữa các cọc và L là chiều dài cọc, cũng ảnh hưởng đến việc chọn hệ số này.

- Điện trở của một bộ phận nối đất gồm các thanh/cáp đặt nằm ngang chôn trong đất:

Điện trở của các thanh hoặc cáp nối cọc được ký hiệu là r t (Ω), trong khi hệ số sử dụng của thanh nằm ngang nối các cọc được ký hiệu là η t Hệ số này được chọn dựa trên cách bố trí các cọc, có thể là theo dãy hoặc chu vi mạch vòng, cùng với tỷ số a/L, trong đó a là khoảng cách giữa các cọc và L là chiều dài cọc.

- Điện trở nối đất của hệ thống nối đất được xác định theo biểu thức

(6.6) Ở đây: R HT : điện trở toàn hệ thống nối đất được tính toán đảm bảo theo yêu cầu (Ω):

THIẾT KẾ CHỐNG SÉT 52

❖ TCXDVN 9385-2012: Chống sét cho công trình xây dựng - Hướng dẫn thiết kế, kiểm tra và bảo trì hệ thống

❖ NFPA780: Tiêu chuẩn lắp đặt các hệ thống chống sét

❖ NFC 17- 102- 1995: Tiêu chuẩn chống sét

7.1 CÁC PHƯƠNG ÁN CHỐNG SÉT Để chống sét đánh trực tiếp có thể sử dụng kim thu sét cổ điển Franklin (cho các công trình có qui mô nhỏ, ít quan trọng, hay hạn chế về vốn đầu tư) hay sử dụng kim thu sét hiện đại phóng điện sớm ESE (cho các công trình có qui mô lớn, quan trọng, tập trung nhiều thiết bị điện tử nhạy cảm, nơi tập trung đông người, ) Để hệ thống chống sét hoạt động có hiệu quả, hệ thống này cần được nối với hệ thống nối đất có giá trị điện trở nối đất nhỏ (theo các tiêu chuẩn trong và ngoài nước, giá trị này không được vượt quá 10) với đường dẫn ngắn nhất như có thể

7.2 KĨ THUẬT THU SÉT TẠI ĐIỂM ĐỊNH TRƯỚC

Kỹ thuật thu sét tại điểm định trước giúp tạo ra điểm chuẩn để sét đánh vào, ngăn chặn sét đánh vào các khu vực khác cần bảo vệ Nhờ đó, có thể kiểm soát đường dẫn của sét một cách hiệu quả.

Kim thu sét Franklin sử dụng mũi nhọn để bảo vệ khỏi sét đánh trực tiếp Thiết bị này được lắp đặt trên một đế kim loại, giúp hút và dẫn truyền năng lượng của dòng sét xuống đất an toàn.

Kim chống sét Franklin, thường là kim thép bọc đồng với chiều cao hiệu dụng từ 0,6 đến 3 mét và đường kính 16 mm, là giải pháp chống sét trực tiếp cổ điển Mặc dù đơn giản và tiết kiệm chi phí, phương pháp này chỉ phù hợp cho các công trình nhỏ do thời gian trễ của kim có thể lên tới 500μs và không chịu được biên độ dòng sét lớn Hơn nữa, việc sử dụng nhiều kim có thể làm mất đi vẻ mỹ quan của công trình.

Vùng bảo vệ kim có thể được xác định qua các phương pháp như hình nón, quả cầu lăn hoặc lưới bảo vệ Hình thức bố trí các kim và cách xác định vùng bảo vệ có thể tham khảo từ các tài liệu liên quan đến chống sét và cung cấp điện.

7.2.2 Kim phóng điện sớm ESE

Kim phóng điện sớm ESE (Early Streamer Emission) được nghiên cứu từ thập niên 70 và phát triển từ năm 1985 Nguyên lý hoạt động của kim này là tạo ra tia phóng điện đi lên sớm hơn bất kỳ điểm nào trong khu vực bảo vệ, từ đó tạo ra điểm chuẩn cho sét đánh vào, giúp kiểm soát đường dẫn sét và bảo vệ công trình hiệu quả.

Hình 7.1 Bán kính bảo vệ của kim phóng điện ESE và của kim thu sét Franklin

Hiện nay, có nhiều hãng chế tạo kim phóng điện sớm ESE như: EricoLightning

Tenologies ( Australia); Dynasphere và Interceptor, Prevectron (France); Satelic, EFI

2 Xác định bán kính bảo vệ

Bán kính bảo vệ cảu kim thu sét phát tia tiên đạo (E.S.E) phụ thuộc vào độ cao h của kim so với mặt phẳng cần được bảo vệ:

▪ Với h5m: Áp dụng công thức:

Bán kính bảo vệ (Rp) được tính bằng mét (m), trong khi độ cao (h) là khoảng cách từ đầu kim thu sét đến mặt phẳng cần bảo vệ Khoảng cách phóng điện (D.I 2/3) cũng được đo bằng mét, với I là biên độ dòng sét cực đại tính bằng kiloampe (kA), tương ứng với mức bảo vệ yêu cầu được trình bày trong Bảng 7.1.

Bảng 7.1 Quan hệ giữa biên độ dòng sét và mức bảo vệ Mức bảo vệ I(kA) Xác suất xuất hiện dòng sét có biên độ vượt quá giá trị I(%)

- ∆L=V×∆T với V (m/μs) là tốc độ phát triển của tia tiên đạo đi lên (1,1m/μs), ∆T (μs) là thời gian phóng điện sớm-tùy thuộc loại đầu kim có các giá trị ∆T như 10μs; 25μs; 40μs; 50μs và 60μs

▪ Có 3 cấp bảo vệ chính tương ứng là I (20m), II (45m), III (60m)

▪ Trong 1 số trường hợp người ta chia làm 4 cấp (20, 30, 45, 60)

Bán kính vùng bảo vệ của kim phóng điện được trình bày như Hình 7.2

Hình 7.2 Bán kính vùng bảo vệ của kim ESE (kim Prevestron)

Theo các tiêu chuẩn chống sét trong và ngoài nước, tiết diện cáp thoát sét không được nhỏ hơn 50mm²

Thanh đồng được sử dụng làm dây dẫn sét thường phù hợp cho các công trình có chiều cao dưới 60m, nơi không có thiết bị viễn thông hay thiết bị điện tử nhạy cảm với xung sét Điều này cũng cho thấy yêu cầu về thẩm mỹ và tính an toàn trong các công trình này không quá khắt khe.

Khi sử dụng cáp đồng trần cần đảm bảo yêu cầu như sau:

▪ Dây dẫn sét đặt ngoài công trình

▪ Phải sử dụng 2 dây dẫn sét khi đầu thu sét được lắp trên công trình có độ cao trên 28m

▪ Dây dẫn sét không đi dọc theo dây điện lực

▪ Bán kính đoạn uốn cong không nhỏ hơn 20cm

▪ Dây dẫn sét trước khi tiếp xúc với hệ thống nối đất phải bọc vỏ vật liệu chịu nhiệt cao khoảng 2m kể từ mặt đất

7.3.2 Cáp chống nhiễu Erico Đối với các công trình trọng điểm, dễ nổ, dễ cháy, nhiều thiết bị điện tử nhạy cảm sử dụng cáp chống sét chống nhiễu Erico có cấu tạo 7 lớp (tham khảo ở [TLTK3])

Cáp Erico được thiết kế chuyên dụng cho việc tản dòng sét, bao gồm hai loại: E1 cho chiều dài tản sét dưới 60m và E2 cho chiều dài trên 60m Để đảm bảo an toàn cho người sử dụng, đoạn cáp trong khoảng 3m tính từ mặt đất được bọc trong ống PVC.

Cáp Erico có các ưu điểm vượt trội như sau:

▪ Tản dòng sét hiệu quả và an toàn hơn cáp đồng trần

▪ Không gây hiện tượng sét đánh tạt ngang trong quá trình dẫn sét

▪ Có thể đi gần khu vực thiết bị điện nhạy cảm, dây điện lực , kết cầu kim loại, khu vực có người làm việc

▪ Thường chỉ cần 1 cáp thoát sét cho công trình

▪ Dễ dàng lắp đặt và ít bảo trì Đặc tính của cáp thoát sét Erico được trình bày ở Bảng 7.3

Bảng 7.2 Đặc tính cáp thoát sét Erico Đặc tính Cáp Erico

Tổng trở đặc tính(Ω) 4,5 Điện kháng(nH/m) 22 Điện dung(pF/m) 1100

Tiết diện mặt cắt ngang(mm²) 50 Điện trở(mΩ/m) 0,5

Khả năng chịu quá áp(kV) 200 Đường kính(mm) 36

7.4 THIẾT KẾ NỐI ĐẤT CHO HỆ THỐNG CHỐNG SÉT

Giá trị của điện trở nối đất cho hệ thống chống sét được thiết kế theo tiêu chuẩn:

THIẾT KẾ CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG 58

CHƯƠNG 8 THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO

8.1.1 Các số liệu ban đầu

1 Đặc điểm của phân xưởng

Kết cấu xây dựng của công trình được thiết kế theo dạng nhà lắp ghép, với khung sắt chắc chắn và tường bao quanh Mái nhà sử dụng tole tráng kẽm, đảm bảo độ bền và khả năng chống chịu thời tiết Nền nhà được lót bê tông chịu lực, mang lại sự ổn định và an toàn cho toàn bộ công trình.

• Môi trường làm việc trong phân xưởng: sạch, ít bụi, khô ráo, và thông gió Nhiệt độ trung bình của phân xưởng 35ºC

• Chế độ làm việc: phân xưởng làm việc 3 ca trong một ngày

Phân xưởng có quy mô trung bình, chuyên sản xuất và sửa chữa các sản phẩm cơ khí, phục vụ chủ yếu cho thị trường trong nước.

Phân xưởng tiêu thụ điện loại 2 yêu cầu độ tin cậy cao trong việc cung cấp điện, lấy điện trực tiếp từ đường dây trung thế 22kV Để đảm bảo nguồn điện ổn định, phân xưởng còn được trang bị máy phát điện diesel làm nguồn dự phòng.

Phụ tải tiêu thụ điện trong phân xưởng chủ yếu bao gồm máy cắt gọt kim loại với điện áp định mức là Un=0,38kV và công suất trung bình, nhỏ Hệ số cosφ của phụ tải này tương đối thấp, trong đó động cơ có công suất lớn nhất đạt 22kW.

• Phân xưởng được cấp điện từ nguồn có công suất ngắn mạch là SN %0MVA

2 Thông số và sơ đồ mặt bằng phụ tải điện

Công suất biểu kiến của thiết bị được xác định theo biểu thức:

Công thức S = P thể hiện mối quan hệ giữa công suất tác dụng (Pn) của thiết bị điện tính bằng kilowatt (kW) và công suất biểu kiến (Sn) tính bằng kilovolt-ampe (kVA) Hiệu suất sử dụng máy (η) và hệ số công suất (cosϕ) cũng là những yếu tố quan trọng trong việc xác định công suất của thiết bị điện.

Thông số phụ tải điện của phân xưởng trình bày ở Bảng 8.1

Bảng 8.1 Thông số phụ tải điện của phân xưởng

STT Tên thiết bị Số lượng

Sơ đồ mặt bằng phụ tải điện của phân xưởng được trình bày ở bản vẽ BV1

Dựa vào vị trí, công suất và chủng loại thiết bị trên mặt bằng phân xưởng, các thiết bị được phân chia thành hai nhóm như được thể hiện trong Bảng 8.2.

8.1.3 Xác định phụ tải tính toán cho phân xưởng

1 Xác định phụ tải tính toán cho từng nhóm thiết bị a Thông số phụ tải của các nhóm thiết bị

Bảng 8.2 Thông số phụ tải điện của các nhóm thiết bị Tên nhóm và thiết bị điện

Ký hiệu trên mặt bằng

Tổng 20 373,9 b Xác định phụ tải tính toán cho các nhóm

• Công suất biểu kiến tính toán trên từng nhánh:

SVTH: Trịnh Vĩnh An - Trần Đình Quốc Thảo 62 kVA S k k

• Công suất biểu kiến của nhóm 1: kVA S k

• Dòng tính toán của nhóm 1:

• Công suất biểu kiến tính toán trên từng nhánh:

• Công suất biểu kiến của nhóm 2:

SVTH: Trịnh Vĩnh An - Trần Đình Quốc Thảo 63 kVA S k

• Dòng tính toán của nhóm 2:

Kết quả xác định phụ tải tính toán cả 2 nhóm trình bày ở Bảng 8.3 & Bảng 8.4

Bảng 8.3 Công suất biểu kiến tính toán của các nhánh

Tên nhóm k s S(kVA) Tên nhóm k s S(kVA)

Bảng 8.4 Công suất biểu kiến của các nhóm máy

2 Xác định phụ tải chiếu sáng của phân xưởng

- Diện tích phòng làm việc: F2 =7.4= 28m²

- Diện tích khu vực sản xuất: F1= F– F200-28= 272m².

• Chọn đèn Metal Halide để chiếu sáng khu vực sản xuất: cos= 0,8; tan = 0,75

- Công suất tác dụng tính toán của hệ thống chiếu sáng khu vực sản xuất:

- Công suất biểu kiến của hệ thống chiếu sáng khu vực sản xuất:

• Chọn đèn Standard Flourecescent Lamp để chiếu sáng phòng làm việc: cos= 0,6; tan = 1,3

- Công suất tác dụng tính toán của hệ thống chiếu sáng khu vực sản xuất:

- Công suất biểu kiến của hệ thống chiếu sáng khu vực sản xuất:

Vì giá trị cos không chênh lệch nhiều nên có thể xác định công suất biểu kiến của hệ thống chiếu sáng toàn phân xưởng một cách gần đúng:

3 Xác định công suất biểu kiến của tủ phân phối chính kVA S k

8.2 VẠCH PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG

1 Vì phân xưởng có công suất tương đối lớn, để giảm tốn thất nên sử dụng phương án cung cấp điện kiểu dẫn sâu, tức là xây dựng trạm biến áp riêng cho phân xưởng

- Vị trí máy biến áp cạnh phân xưởng cách xa cửa ra vào Để đảm bảo độ ổn định và an toàn, lựa chọn trạm biến áp kiểu giàn

Đặt tủ phân phối chính để nhận điện từ trạm biến áp phân xưởng, cung cấp năng lượng cho hai tủ phân phối phụ và một tủ chiếu sáng Mỗi tủ phân phối sẽ điều khiển cấp điện cho một nhóm phụ tải riêng biệt.

Vị trí lắp đặt tủ phân phối chính, hai tủ phân phối phụ và một tủ chiếu sáng được lựa chọn để đảm bảo thuận tiện cho việc quan sát toàn bộ phân xưởng và nhóm máy, cũng như dễ dàng cho các thao tác Chi tiết về vị trí các tủ phân phối này được thể hiện trong bản vẽ BV2.

- Sử dụng CB đặt tại các lộ vào và lộ ra của tủ phân phối chính và các tủ phân phối phụ để điều khiển đóng cắt bảo vệ

2 Phương án nối dây mạng điện phân xưởng

- Từ tủ phân phối chính đến các tủ phân phối và tủ chiếu sáng dùng phương án đi dây hình tia

Tủ phân phối được sử dụng để kết nối các động cơ lớn thông qua sơ đồ hình tia, trong khi sơ đồ phân nhánh thích hợp cho các động cơ có công suất nhỏ.

- Sơ đồ đi dây mạng điện động lực phân xưởng trình bày bản vẽ BV2

8.3 LỰA CHỌN CÁC PHẦN TỬ CỦA SƠ ĐỒ CUNG CẤP ĐIỆN

8.3.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng và số lượng, dung lượng máy biến áp trong trạm

1 Chọn vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng

Trạm biến áp phân xưởng được xây dựng gần phân xưởng, cách mép tường 1m, nhằm tiết kiệm diện tích Vị trí lắp đặt trạm phải khô ráo và thuận tiện, đồng thời ít người qua lại để đảm bảo an toàn.

Sơ đồ bố trí trạm biến áp phân xưởng được trình bày ở Hình 8.1

Hình 8.1 Vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng

2 Xác định số lượng, dung lượng máy biến áp trong trạm

• Tổng công suất tính toán phân xưởng: Sc95,7kVA

• Chọn số lượng máy biến áp trong trạm

Vì tổng công suất tiêu thụ của phân xưởng không quá lớn và phân xưởng được xếp vào hộ loại hai nên chọn một máy biến áp: n=1

Để xác định công suất máy biến áp ST, chúng ta áp dụng phương pháp hệ số quá tải 3% dựa trên đồ thị phụ tải ngày thể hiện công suất biểu kiến của phân xưởng, như được trình bày trong Hình 8.2.

Hình 8.2 Đồ thị phụ tải công suất biểu kiến

- Hệ số điền kín phụ tải:

- Hệ số quá tải lúc bình thường: k qt 10,3(1k dk )10,3(10,74)1,078

- Chọn công suất máy biến áp theo điều kiện quá tải lúc bình thường:

- Chọn máy biến áp dầu 3 pha ONAN-400 do THIBIDI chế tạo có các thông số kĩ thuật sau:

▪ Công suất định mức (kVA): 400

▪ Tổn hao ngắn mạch: Pk (W)= 4600 (ở 75ºC)

▪ Điện áp ngắn mạch: Un (%)= 4

8.3.2 Chọn máy phát điện dự phòng

Do phân xưởng yêu cầu làm việc liên tục, nên chọn máy phát điện dự phòng thoả điều kiện:

Chọn máy phát điện dự phòng Cummins 400kVA 3 pha chạy dầu diesel có các thông số kỹ thuật như sau:

▪ Công suất dự phòng: 440kVA

▪ Dung tích: 14 lít, số xy lanh: 6

▪ Tiêu hao dầu 100%: 60 lít/giờ

▪ Kích thước: dài: 4100mm, rộng: 1400mm, cao: 2100mm

8.3.3 Chọn cáp và CB bảo vệ cho mạng động lực phân xưởng

1.1 Chọn cáp cho dây pha

Lựa chọn tiết diện cáp cần dựa trên phương pháp phát nóng kết hợp với thiết bị bảo vệ, đồng thời chú ý đến ràng buộc về tiết diện tối thiểu và độ sụt áp cho phép Cáp từ tủ phân phối 1 đến các nhánh cũng cần được xác định chính xác để đảm bảo hiệu suất và an toàn trong hệ thống điện.

➢ Chủng loại cáp: Cáp điện CVV/WA, ruột đồng, 1 lõi, cách điện PVC, vỏ PVC có giáp bảo vệ

➢ Cách lắp đặt: cáp đi trong ống đơn tuyến chôn trong đất; Nhiệt trở suất của đất:

1,2ºC/W; Nhiệt độ đất: 15ºC; Độ sâu chôn cáp: 0,5m; Nhiệt độ làm việc tối đa của ruột dẫn: 70ºC

• Từ tủ phân phối 1 tới nhánh 1.1

- Xác định dòng làm việc cực đại đi trong dây dẫn /cáp:

- Chọn CB bảo vệ với dòng định mức: InCB1.1= 100A

- Xác định hệ số hiệu chỉnh K:

K4= 0,8 (đặt trong ốngPVC chôn ngầm dưới đất)

K5= 1 (có một mạch cáp đặt trong ống PVC chôn ngầm dưới đất)

K7= 1,05 (dây dẫn có cách điện PVC, nhiệt độ của đất 15ºC)

- Dòng cho phép của dây dẫn khi tính tới hệ số hiệu chỉnh:

Tính toán tương tự được thực hiện cho các nhánh 1.2, 1.3, 1.4 và 1.5, với kết quả được trình bày trong Bảng 8.5 và Bảng 8.6 Ngoài ra, cần lưu ý đến cáp từ tủ chính đến tủ phân phối và cáp từ trạm biến áp đến tủ chính.

➢ Chủng loại cáp: Cáp điện CXV, ruột đồng, 1 lõi, cách điện XLPE, vỏ PVC, không giáp bảo vệ

Để lắp đặt cáp, cần đi trên khay cáp mà không đục lỗ Nhiệt độ không khí nên duy trì ở mức 30ºC, trong khi nhiệt độ làm việc tối đa của ruột dẫn khi cáp tải dòng điện định mức là 90ºC.

• Chọn cáp từ tủ phân phối chính (MDB) tới tủ phân phối 1(DB1)

- Xác định dòng làm việc cực đại đi trong dây dẫn /cáp:IB138A

- Chọn CB bảo vệ với dòng định mức: InCB1@0A

- Xác định hệ số hiệu chỉnh K

K1 =1 (cáp đi nổi trên khay cáp không đục lỗ)

K2=1 (đi mạch đơn trên khay cáp không đục lỗ)

K3=1 (cáp có cách điện XLPE, nhiệt độ môi trường làm việc 30ºC)

• Chọn cáp từ trạm biến áp (MBA) đến tủ phân phối chính (MDB)

- Xác định dòng làm việc cực đại đi trong dây dẫn /cáp:

- Chọn CB bảo vệ với dòng định mức: InCBTr= 630A

- Xác định hệ số hiệu chỉnh K:

K1= 1 (cáp đi nổi trên khay cáp không đục lỗ)

K2= 0,8 (đi mạch đôi trên khay cáp không đục lỗ)

K3= 1 (cáp có cách điện XLPE, nhiệt độ môi trường làm việc 30ºC)

- Chọn số mạch cáp trong 1 pha: n= 2; Chọn: I´zcpTr= 443A; F= 150mm²

Tính toán tương tự cho nhóm 2, kết quả chọn cáp trình bày ở Bảng 8.5 và 8.6

Bảng 8.5 Kết quả chọn cáp liên kết giữa trạm biến áp và các tủ phân phối

Số sợi –Mã hiệu F(mm²) I´ zcp (A)

Bảng 8.6 Kết quả chọn cáp từ tủ phân phối đến các nhánh động cơ

Số sợi –Mã hiệu F(mm²) I´ zcp (A)

Nhánh 1.4 151,2 0,88 160 181,8 3×(1CVV/WA) 50 199 Nhánh 1.5 7,7 0,88 20 22,7 3×(1CVV/WA) 2,5 35

Nhánh 2.1 76,7 0,88 80 91 3×(1CVV/WA) 16 107 Nhánh 2.2 56,5 0,88 63 71,6 3×(1CVV/WA) 10 84 Nhánh 2.3 114,4 0,88 125 142 3×(1CVV/WA) 35 168 Nhánh 2.4 152 0,88 160 181,8 3×(1CVV/WA) 50 199 Nhánh 2.5 7,7 0,88 20 22,7 3×(1CVV/WA) 2,5 35

1.2 Chọn cáp cho dây trung tính N

- Chủng loại cáp: cùng loại với dây pha tương ứng

- Tiết diện cáp: cáp được chọn theo điều kiện sau:

Trongđó: F P là tiết diện dây pha; F N là tiết diện dây trung tính (N)

Kết quả chọn cáp dây N trình bày ở Bảng 8.7 và 8.8

1.3 Chọn cáp cho dây bảo vệ nối đất PE

- Chủng loại cáp: Cáp CV-1X 1 lõi, ruột đồng, cách điện PVC, màu xanh sọc vàng

- Tiết diện cáp: được chọn theo điều kiện sau:

Trong đó: F P là tiết diện dây pha; F PE là tiết diện dây bảo vệ nối đất (N)

Kết quả chọn cáp cho dây PE trình bày ở Bảng 8.7 và Bảng 8.8

Bảng 8.7 Kết quả chọn cáp từ trạm biến áp đến các tủ phân phối

Tuyến dây Dây Pha Dây N Dây PE

Số sợi-Mã hiệu F(mm²) Số sợi-Mã hiệu F(mm²) Số sợi-Mã hiệu F(mm²)

TBA-MDB 3×(2CXV) 2×150 2×(1CXV) 2×70 2×(1CV-1X) 2×70 MDB-DB1 3×(1CXV) 150 1×(1CXV) 70 1×(1CV-1X) 70 MDB-DB2 3×(1CXV) 150 1×(1CXV) 70 1×(1CV-1X) 70

Bảng 8.8 Kết quả chọn cáp từ tủ phân phối đến các nhánh động cơ

Nhánh Dây Pha Dây N Dây PE

Số sợi-Mã hiệu F(mm²) Số sợi-Mã hiệu F(mm²) Số sợi-Mã hiệu F(mm²)

Nhánh 1.1 3×(1CVV/WA) 25 1×(1CVV/WA) 10 1×(1CV-1X) 16

Nhánh 1.5 3×(1CVV/WA) 2,5 1×(1CVV/WA) 2,5 1×(1CV-1X) 2,5

TỔNG KẾT 95

Tiêu đề	Thiết Kế Cung Cấp Điện Cho Phân Xưởng Cơ Khí
Tác giả	Trịnh Vĩnh An, Trần Đình Quốc Thảo
Người hướng dẫn	PGS.TS. Quyền Huy Ánh
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Điện - Điện Tử
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2018
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	108
Dung lượng	5,81 MB