Thiết kế cấp điện nhà máy dệt

Văn bản phân loại hộ tiêu thụ điện thành ba loại dựa trên mức độ ảnh hưởng khi mất điện. Hộ loại 1, có mức độ quan trọng cao nhất, bao gồm các hộ mà sự cố mất điện có thể gây nguy hiểm đến tính mạng con người, thiệt hại kinh tế lớn, hư hỏng thiết bị, rối loạn sản xuất hoặc ảnh hưởng xấu về chính trị. Đối với hộ loại 1, độ tin cậy cung cấp điện phải rất cao, thường sử dụng hai nguồn điện đến và có nguồn dự phòng để giảm thiểu thời gian mất điện. Thời gian mất điện được tính bằng thời gian đóng nguồn dự trữ. Hộ loại 2 gây thiệt hại về kinh tế, hư hỏng sản phẩm và đình trệ sản xuất khi mất điện. Việc cung cấp điện cho hộ loại 2 có thể có hoặc không có nguồn dự phòng, và cho phép ngưng cung cấp điện trong thời gian đóng nguồn dự trữ bằng tay. Phương pháp này phù hợp với các thiết bị có đồ thị phụ tải ít biến đổi như quạt gió, bơm nước, máy nén khí, trong đó tải tính toán gần bằng phụ tải trung bình. Hộ loại 3 là những hộ tiêu thụ khi ngưng cung cấp điện chỉ gây thiệt hại về kinh tế không đáng kể. Đây là nhóm hộ có mức độ quan trọng thấp nhất trong ba loại.

Phụ tải tính toán được định nghĩa là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải thực tế (biến đổi) về mặt hiệu ứng nhiệt lớn nhất. Nó được sử dụng để đảm bảo an toàn về mặt phát nóng cho các thiết bị điện trong mọi trạng thái vận hành. Một phương pháp xác định phụ tải tính toán dựa trên công suất đặt (P_đ) và hệ số nhu cầu (k_nc) được đề cập. Thông tin cần thiết bao gồm diện tích nhà xưởng (F) và công suất đặt của các thiết bị. Quá trình này bao gồm việc phân nhóm các thiết bị máy móc (từ 8 đến 12 máy/nhóm) để tính toán phụ tải tính toán của một nhóm n máy dựa trên công suất trung bình (P_tb) và hệ số cực đại (k_max). Các tham số khác như số nhóm máy (n, m) và hệ số đồng thời (k_đt, thường có giá trị từ 0.85) cũng được sử dụng. Phương pháp này đòi hỏi thông tin đầy đủ về các phụ tải, bao gồm chế độ làm việc của từng phụ tải, công suất đặt của từng phụ tải và số lượng thiết bị trong nhóm. Mặc dù đòi hỏi nhiều thông tin, phương pháp này cho kết quả khá chính xác.

Phần này trình bày việc xác định phụ tải tính toán cho phân xưởng sửa chữa cơ khí của nhà máy dệt. Quá trình bắt đầu bằng việc phân loại và phân nhóm phụ tải điện. Hầu hết các thiết bị hoạt động ở chế độ dài hạn, ngoại trừ máy biến áp hàn hoạt động ở chế độ ngắn hạn lặp lại và sử dụng điện áp dây, cần được quy đổi về chế độ dài hạn để tính toán chính xác. Điều này cho thấy sự đa dạng trong loại hình thiết bị và cần có cách tiếp cận linh hoạt trong việc xác định phụ tải. Việc phân loại và phân nhóm phụ tải giúp đơn giản hóa quá trình tính toán và đảm bảo tính chính xác của kết quả. Các thông số kỹ thuật của các thiết bị, bao gồm công suất và chế độ hoạt động, đóng vai trò quan trọng trong việc tính toán phụ tải chính xác. Mục tiêu cuối cùng là xác định phụ tải tính toán chính xác để lựa chọn thiết bị điện phù hợp và đảm bảo an toàn vận hành.

Biểu đồ phụ tải điện được mô tả là một vòng tròn trên mặt phẳng, với diện tích tương ứng với công suất phụ tải. Biểu đồ này giúp người thiết kế hình dung sự phân bố phụ tải trong khu vực, từ đó lập phương án cung cấp điện hiệu quả. Biểu đồ được chia thành hai phần: phụ tải động lực và phụ tải chiếu sáng. Tâm phụ tải điện, là vị trí tốt nhất để đặt các trạm biến áp, trạm phân phối và tủ động lực nhằm tiết kiệm chi phí dây dẫn và giảm tổn thất trên lưới điện. Việc xác định tâm phụ tải điện dựa trên việc coi phụ tải phân bố đều theo diện tích phân xưởng. Bán kính vòng tròn biểu đồ phụ tải được xác định qua một biểu thức toán học cụ thể. Đây là một công cụ trực quan giúp tối ưu hóa vị trí đặt thiết bị điện, góp phần quan trọng trong việc thiết kế hệ thống cấp điện hiệu quả và tiết kiệm chi phí.

Theo tính toán trước đó, điện áp truyền tải từ trạm biến áp trung tâm của khu công nghiệp về nhà máy là 35 kV. Việc lựa chọn trạm biến áp phân xưởng dựa trên nguyên tắc vị trí đặt trạm phải gần tâm phụ tải, thuận tiện vận chuyển, lắp đặt, vận hành và sửa chữa, đảm bảo an toàn và kinh tế. Số lượng trạm biến áp phân xưởng được xác định dựa trên độ lớn và sự phân bố phụ tải của nhà máy. Ví dụ, tài liệu đề cập đến việc đặt 5 trạm biến áp phân xưởng. Việc lựa chọn sơ đồ cung cấp điện ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật. Một sơ đồ hợp lý phải đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật, hạn chế chủng loại máy biến áp (MBA) để thuận tiện cho việc mua sắm, lắp đặt, thay thế, vận hành, sửa chữa và kiểm tra định kỳ. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc lên kế hoạch chu đáo và lựa chọn thiết bị phù hợp để tối ưu hóa hiệu quả và chi phí.

Công suất máy biến áp được lựa chọn dựa trên công suất tính toán sự cố (S_ttsc), hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ (k_hc = 1 do máy biến áp sản xuất trong nước), và hệ số quá tải sự cố (k_qt = 1.4, với điều kiện vận hành quá tải không quá 6 ngày 5 đêm, thời gian quá tải trong một ngày đêm không vượt quá 6 giờ, và trước khi quá tải, MBA vận hành với hệ số tải ≤ 0.93). Có thể chọn máy biến áp nhỏ hơn nếu khi sự cố một máy biến áp, có thể cắt một số phụ tải không quan trọng. Nhà máy thuộc hộ loại I nên sử dụng đường dây kép từ khu công nghiệp đến nhà máy. Mạng cao áp trong nhà máy sử dụng sơ đồ hình tia hoặc liên thông, với phân xưởng loại 1 dùng lộ kép và phân xưởng loại 3 dùng đường dây đơn. Sơ đồ này có ưu điểm là đấu dây rõ ràng, độ tin cậy cao, dễ bảo vệ, tự động hóa và vận hành. Các đường cáp cao áp được đặt trong đường xây riêng trong đất dọc theo tuyến giao thông nội bộ, đảm bảo an toàn và hiệu quả truyền tải.

Phần này nhấn mạnh vào việc lựa chọn sơ đồ cấp điện phải dựa trên ba yếu tố chính: độ tin cậy, tính kinh tế và an toàn. Độ tin cậy phụ thuộc vào loại hộ tiêu thụ, quyết định số lượng nguồn cung cấp. An toàn phải được đảm bảo tuyệt đối cho người và thiết bị trong quá trình vận hành. Bên cạnh đó, sơ đồ cần đơn giản, thuận tiện, dễ vận hành và linh hoạt trong khắc phục sự cố. Yêu cầu về sơ đồ cấp điện rất đa dạng, phụ thuộc vào công suất yêu cầu của xí nghiệp, đặc điểm của quy trình sản xuất và công nghệ, cũng như độ tin cậy cần thiết cho từng thiết bị. Việc tính toán phải xem xét các yếu tố đặc trưng của công ty và các yêu cầu về an toàn cung cấp điện. Tóm lại, việc thiết kế sơ đồ cấp điện cần sự cân bằng giữa các yếu tố kỹ thuật, kinh tế và an toàn để đảm bảo hiệu quả và bền vững cho hệ thống.

Phần này tập trung vào việc lựa chọn và kiểm tra các thiết bị điện quan trọng trong hệ thống cấp điện. Cáp cao áp được chọn theo mật độ kinh tế của dòng điện (J_kt), ví dụ đối với nhà máy dệt có T_max = 5000 giờ, sử dụng cáp lõi đồng, tra bảng 2.10 TL1 tìm được J_kt = 3.1 (A/mm²). Trạm phân phối trung tâm cần đảm bảo cung cấp điện liên tục, vận hành thuận tiện, xử lý sự cố dễ dàng, an toàn và kinh tế. Các thiết bị được đề cập bao gồm máy biến áp đo lường (biến đổi điện áp xuống 100V hoặc 100/√3V cho mạch đo lường, điều khiển và bảo vệ), chống sét van (bảo vệ chống sét), dao cách ly cao áp (cách ly phần mang điện, phục vụ sửa chữa, kiểm tra), và áp tô mát (bảo vệ quá tải và ngắn mạch). Việc lựa chọn các thiết bị này tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật, đảm bảo điện áp định mức và dòng điện định mức phù hợp. Áp tô mát được ưu tiên sử dụng hơn cầu chì do tính năng an toàn và khả năng tự động hóa cao. Công suất và dòng điện cho phép của các thiết bị được tính toán dựa trên các thông số kỹ thuật và điều kiện hoạt động.

Văn bản nhấn mạnh tầm quan trọng của việc sử dụng điện năng hợp lý và tiết kiệm trong các xí nghiệp công nghiệp, chiếm khoảng 55% tổng điện năng sản xuất. Hệ số công suất (cos φ) là chỉ tiêu đánh giá hiệu quả sử dụng điện. Nâng cao hệ số công suất là chủ trương lâu dài để phát huy hiệu quả sản xuất, phân phối và sử dụng điện năng. Công suất phản kháng (Q) là công suất từ hóa trong máy điện xoay chiều, không sinh ra công, và việc trao đổi công suất phản kháng giữa máy phát và hộ tiêu thụ là một quá trình dao động. Để tránh truyền tải lượng Q lớn trên đường dây, người ta đặt gần các hộ tiêu thụ các thiết bị sinh ra Q (tụ điện, máy bù đồng bộ) để cung cấp trực tiếp cho phụ tải, gọi là bù công suất phản kháng. Việc bù công suất phản kháng làm giảm góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp, nâng cao hệ số công suất cos φ. Tóm lại, việc bù công suất phản kháng đóng vai trò quan trọng trong việc tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu quả sử dụng điện trong các xí nghiệp công nghiệp.

Để bù công suất phản kháng, có thể sử dụng tụ điện tĩnh, máy bù đồng bộ, động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ quá kích thích. Tuy nhiên, văn bản lựa chọn tụ điện tĩnh do ưu điểm tiêu hao ít công suất tác dụng, dễ lắp ráp, vận hành và bảo quản. Tụ điện được chế tạo thành các đơn vị nhỏ, có thể ghép dần vào mạng theo sự phát triển của phụ tải. Vị trí đặt thiết bị bù ảnh hưởng đến hiệu quả bù. Các vị trí có thể đặt bao gồm trạm phân phối trung tâm, thanh cái cao áp, hạ áp của trạm biến áp phân phối, tủ phân phối, tủ động lực hoặc tại đầu cực các phụ tải lớn. Để xác định chính xác vị trí và dung lượng, cần tính toán so sánh kinh tế kỹ thuật. Tuy nhiên, kinh nghiệm thực tế cho thấy, đối với nhà máy có công suất không quá lớn, có thể đặt tụ điện bù tại thanh cái hạ áp của các trạm biến áp phân xưởng để giảm vốn đầu tư và thuận lợi quản lý, vận hành. Công thức tính dung lượng bù cần thiết (Q_bù) cũng được cung cấp: Q_bù = P_ttnm.(tgφ₁ – tgφ₂), trong đó hệ số xét tới khả năng nâng cao cos φ là 0.9 ÷ 1.