Thiết kế hệ thống điện phân xưởng

Phần này mở đầu bằng việc nhấn mạnh tầm quan trọng của việc xác định phụ tải điện trong thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy, đặc biệt là đối với ngành công nghiệp tiêu thụ điện năng lớn. Phụ tải tính toán được định nghĩa là phụ tải được sử dụng cho mục đích thiết kế và tính toán, tương đương với phụ tải thực tế về mặt hiệu quả phát nhiệt và tốc độ hao mòn. Việc xác định chính xác phụ tải tính toán là cần thiết để lựa chọn thiết bị và lắp đặt hợp lý, tiết kiệm chi phí và tránh lãng phí. Tài liệu đề cập đến sự tồn tại của nhiều phương pháp tính toán phụ tải, từ đơn giản đến phức tạp, với độ chính xác khác nhau, tùy thuộc vào giai đoạn thiết kế và yêu cầu cụ thể. Chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả của quá trình thiết kế.

Để xác định phụ tải điện cho phân xưởng, cần dựa vào máy móc thực tế. Hiệu suất động cơ cao cho phép coi công suất định mức xấp xỉ công suất thực tế. Đối với thiết bị làm việc ngắn hạn lặp lại (cầu trục, máy hàn...), cần quy đổi về chế độ làm việc dài hạn (hệ số tiếp điện ε% = 100%). Công thức tính dòng điện định mức được đưa ra: Iđm = Ikđ(max) + (Itt – ksd.Iđm(max)). Phụ tải đỉnh nhọn xuất hiện khi thiết bị có dòng khởi động lớn nhất hoạt động, trong khi các thiết bị khác đang hoạt động bình thường. Phụ tải cực đại (Pmax) được định nghĩa là phụ tải trung bình lớn nhất trong khoảng thời gian ngắn (5-30 phút), ứng với ca làm việc có phụ tải lớn nhất trong ngày. Công thức tính phụ tải cực đại cho thiết bị 1 pha đấu vào điện áp pha và điện áp dây cũng được trình bày. Đối với thiết bị ngắn hạn lặp lại, cần quy đổi về chế độ dài hạn trước khi xác định số thiết bị hiệu quả (nhq).

Một phương pháp khác để xác định phụ tải tính toán là dựa trên công suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm. Tài liệu đề xuất ba nguyên tắc quan trọng trong việc phân nhóm phụ tải: các thiết bị cùng nhóm nên gần nhau để giảm chiều dài đường dây; chế độ làm việc của các thiết bị trong cùng nhóm nên giống nhau để xác định phụ tải chính xác hơn; tổng công suất các nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại thiết bị tự động lực. Tuy nhiên, việc đáp ứng đồng thời cả ba nguyên tắc này thường khó khăn, đòi hỏi người thiết kế phải tìm cách phân nhóm hợp lý và hài hòa nhất. Trong ví dụ cụ thể, để cấp điện cho các động cơ, lò tháp sấy, bể silicate, dự kiến đặt một tủ phân phối điện từ TBA và cấp điện cho 4 tủ động lực đặt rải rác trong phân xưởng, mỗi tủ cấp điện cho một nhóm phụ tải. Mỗi động cơ được điều khiển bằng khởi động từ (KĐT) có rơ le nhiệt bảo vệ quá tải, và cầu chì trong tủ động lực bảo vệ ngắn mạch.

Phần này tập trung vào việc lựa chọn cáp điện thích hợp để truyền tải điện năng từ tủ phân phối điện chính đến các tủ động lực đặt trong phân xưởng. Quá trình lựa chọn dựa trên các thông số kỹ thuật quan trọng như dòng điện tính toán (Itt), dòng điện cho phép (Icp) của cáp và hệ số hiệu chỉnh (Khc). Điều kiện lựa chọn cáp được nêu rõ là: Khc * Icp ≥ Itt. Với hệ số hiệu chỉnh Khc = 1 (do cáp được đặt riêng rẽ dưới đất), việc lựa chọn cáp điện được thực hiện dựa trên việc so sánh dòng điện tính toán với dòng điện cho phép của các loại cáp khác nhau. Kết quả lựa chọn là cáp đồng hạ áp trong nhà, 1 lõi, cách điện PVC do LENS sản xuất, có tiết diện 10mm² và dòng điện cho phép Icp = 87A. Thông tin này được tổng hợp trong bảng 2.2, thể hiện kết quả lựa chọn cáp cho từng tuyến. Việc kiểm tra tổn thất điện áp không cần thiết do chiều dài cáp không lớn.

Phần này mô tả việc lựa chọn dây dẫn từ các tủ động lực đến từng động cơ điện trong phân xưởng. Tất cả dây dẫn sử dụng loại dây bọc do Liên Xô sản xuất, loại PTO, được đặt trong ống sắt kích thước 3/4” với hệ số Knc = 0.95. Mỗi động cơ được trang bị khởi động từ (KĐT) tích hợp sẵn trên thân máy, có rơ le nhiệt bảo vệ quá tải. Cầu chì trong tủ động lực đóng vai trò chính trong việc bảo vệ ngắn mạch và làm dự phòng cho bảo vệ quá tải của KĐT. Việc chọn Attomat đầu nguồn từ trạm biến áp về tủ phân phối xưởng được đề cập, với ví dụ cụ thể là Attomat loại A3140 do Liên Xô sản xuất, có Iđm = 300A. Quá trình lựa chọn các cầu chì khác được thực hiện tương tự như ví dụ đã nêu, với kết quả được tổng hợp trong bảng (bảng không được cung cấp đầy đủ trong đoạn trích). Hệ thống bảo vệ này đảm bảo an toàn và hoạt động ổn định cho hệ thống điện trong phân xưởng.

Phần này đề cập đến thiết kế hệ thống chiếu sáng cho phân xưởng sản xuất silicate có diện tích 1800m². Phương pháp tính toán sử dụng là phương pháp hệ số sử dụng. Loại đèn được lựa chọn là đèn chiếu sáng sợi đốt có chao vạn năng. Các thông số cần thiết cho tính toán bao gồm chiều dài và chiều rộng của phân xưởng (a và b), khoảng cách từ đèn đến mặt công tác (H), và các hệ số phản xạ của tường (50%) và trần nhà (30%). Bằng việc tra cứu bảng PLVIII.1TL I, hệ số sử dụng của đèn (Ksd) được xác định là 0.48. Hệ số dự trữ (Kdư trữ) được lấy là 1.2 và hệ số tính toán (Z) là 1.1. Mục tiêu của thiết kế chiếu sáng là tạo ra ánh sáng gần giống với ánh sáng tự nhiên nhất có thể, đảm bảo chất lượng sản phẩm, năng suất lao động, an toàn và sức khỏe cho người lao động. Ánh sáng không đủ sẽ dẫn đến căng thẳng, mỏi mắt, ảnh hưởng đến sức khỏe, chất lượng sản phẩm và thậm chí gây tai nạn lao động.

Phần này tập trung vào việc tính toán bù công suất phản kháng cho phân xưởng nhằm nâng cao hệ số cosφ và giảm tổn thất điện năng. Công suất phản kháng được tiêu thụ chủ yếu ở động cơ không đồng bộ và trên đường dây tải điện. Việc giảm công suất phản kháng đến mức tối thiểu là cần thiết, vì nó cần thiết để tạo ra từ trường trong động cơ. Mạch điện trong xí nghiệp thường có điện áp thấp và đường dây dài, gây tổn thất điện năng đáng kể. Do đó, việc bù công suất phản kháng có ý nghĩa quan trọng về mặt kinh tế. Phương pháp bù được đề cập là đặt các thiết bị bù gần các hộ tiêu thụ điện để giảm lượng công suất phản kháng truyền tải trên đường dây, từ đó nâng cao hệ số cosφ của mạng điện. Một phương pháp khác là nâng cao hệ số cosφ tự nhiên bằng cách cải tiến quy trình công nghệ để các chế độ làm việc hợp lý nhất. Kết quả tính toán cho thấy công suất phản kháng cần bù là Qbù = 24.43 kVAr. Loại thiết bị được lựa chọn là tụ điện tĩnh, bù ở phía cao áp, tạo ra công suất phản kháng Q cung cấp cho mạch.

Đảm bảo an toàn cho hệ thống điện trong phân xưởng đòi hỏi sự tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn kỹ thuật. Đối với trạm biến áp công suất lớn đặt trong nhà, cần đảm bảo các biện pháp chống sét, tiếp địa và trang bị các thiết bị bảo vệ tự động như rơle và aptomat để dễ dàng đóng cắt khi có sự cố. Đường dây dẫn điện trên không cần đáp ứng các tiêu chuẩn về đường dây, độ võng, cột điện, xà xử lý và phải có biện pháp chống sét. Đường dây cáp phải được thiết kế và lắp đặt theo đúng tiêu chuẩn, đảm bảo cáp bọc đúng quy định, được đặt trong ống máng hoặc bọc bảo vệ. Các đường dây đấu nối cần có thiết bị bảo vệ tránh ngắn mạch để ngăn ngừa sự cố và thiệt hại kinh tế. Tất cả thiết bị cần được tiếp địa, hệ thống bảo vệ phải đảm bảo khoảng cách an toàn giữa các thiết bị và người vận hành. Việc tuân thủ nghiêm ngặt các quy định về an toàn điện là điều kiện tiên quyết để tránh các sự cố nguy hiểm như điện giật và hỏa hoạn do dòng điện quá tải, nóng chảy dây dẫn hoặc hồ quang điện gây ra.

An toàn điện đối với con người là yếu tố quan trọng hàng đầu. Công nhân vận hành phải được đào tạo bài bản, nắm vững các nội quy kỹ thuật an toàn điện trong nhà máy, xưởng và phải được trang bị đầy đủ các thiết bị bảo hộ lao động khi làm việc. Việc tuân thủ nghiêm ngặt các quy định là rất cần thiết để tránh các nguy hiểm tiềm tàng. Các sự cố như cháy do điện, có thể do ngắn mạch, thay cầu chì khi lưới điện chưa được khắc phục sự cố, hoặc ngắt dao cách ly khi đang có tải, cần được phòng ngừa nghiêm túc. Cháy điện thường do chạm đất, phát sinh hồ quang điện và gây ra nhiệt lượng rất cao. Chỉ những người có nhiệm vụ kỹ thuật về điện mới được phép đóng, cắt và chuyển mạch các thiết bị điện. Ngoài những yêu cầu nêu trên, còn rất nhiều quy định khác về an toàn điện cần được tuân thủ để bảo đảm an toàn cho người lao động.

Để duy trì hoạt động bình thường của hệ thống điện và giảm thiểu thiệt hại khi sự cố xảy ra, cần có hệ thống phát hiện và cách ly sự cố nhanh chóng. Thiết bị bảo vệ bằng rơle tự động đóng cắt là giải pháp quan trọng. Hệ thống hiện đại cần có thiết bị bảo vệ rơle theo dõi liên tục tình trạng làm việc của các phần tử trong hệ thống. Khi xảy ra sự cố, rơle phát hiện và cắt phần tử bị hư hỏng ra khỏi hệ thống. Các sự cố thường kèm theo hiện tượng dòng điện tăng quá cao, áp suất giảm quá thấp, có thể gây quá tải và hư hỏng thiết bị. Để đảm bảo an toàn, ngoài các thiết bị bảo vệ, cần có biện pháp phòng ngừa sự cố bất thường như va đập, cháy nổ, ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống. Trong trường hợp cháy nổ, hệ thống cung cấp điện cần được cách ly khỏi mạng điện, có thể sử dụng bộ cảm biến quang để phát hiện khói và nhiệt độ cao, tự động ngắt điện.