Các bước thiết kế hệ thống điện nhà xưởng

1. Xác định phụ tải tính toán

Phụ tải tính toán là đại lượng đặc trưng cho khả năng sử dụng công suất của một hay nhiều nhóm thiết bị dùng điện. Nó chính là tổng công suất tiêu thụ của các thiết bị điện trong một thời điểm.

Phụ tải tính toán được sử dụng để chọn lựa và kiểm tra các thiết bị trong hệ thống điện như máy biến áp, dây dẫn, các thiết bị đóng dẫn điện. Dùng để tính toán tổn thất điện năng, điện áp, lựa chọn công suất bù phản kháng.

Xác định phụ tải điện tuy khó khăn nhưng có vai trò rất quan trọng khi thiết kế hệ thống điện, bởi vì:

• Nếu phụ tải tính toán nhỏ hơn phụ tải thực tế: Có thể gây ra sự cố điện hoặc làm giảm tuổi thọ của thiết bị điện.
• Nếu phụ tải tính toán lớn hơn phụ tải thực tế: Lãng phí điện năng, thiết bị điện sử dụng không hết công suất gây lãng phí tiền bạc.

Vì vậy, xác định phụ tải tính toán phù hợp sẽ giúp kỹ sư, người thiết kế biết được từng khu vực trong nhà xưởng cần có công suất đặt là bao nhiêu. Từ đó xác định được nên dùng loại thiết bị nào, số lượng thiết bị, dây dẫn, loại dây của hệ thống điện.

Phụ tải tính toán phải được tính toán theo thực tế hoặc tính đến khả năng phát triển của hệ thống trong tương lai.

2. Thiết kế mạng điện cao áp cho nhà xưởng

Sau khi xác định được PTTT, người thiết kế cần vẽ chi tiết mạng điện cao áp của cả hệ thống điện. Mạng điện cao áp là hệ thống điện có cấp điện áp danh định từ 35kV đến 220kV. Các đường điện thuộc cấp điện áp từ 110kV-220kV-500kV (tương đương 110.000V-220.000V-500.000V). Sử dụng dây trần, gắn trên cột qua các chuỗi sứ cách điện. Trụ điện được làm từ bê tông ly tâm, cột tháp sắt hoặc cột gỗ thông, có chiều cao trên 18m.

Mỗi loại điện cao áp sử dụng số bát sứ khác nhau, cụ thể:

• Điện áp 500kV sử dụng 24 bát/chuỗi;
• Điện áp 220kV sử dụng (12-14) bát/chuỗi;
• Điện áp 110kV sử dụng (6-9) bát/ chuỗi;
• Điện áp 35kV sử dụng (3 – 4) bát/chuỗi, hoặc sứ đứng
• Điện áp nhỏ hơn <35kV sử dụng sứ đứng.

Mạng điện cao áp sẽ cung cấp điện từ mạng điện lưới quốc gia đến nhà xưởng, do đó, bản vẽ phải thể hiện chi tiết vị trí đặt trụ điện, số bát sứ sử dụng tương ứng với loại điện áp doanh nghiệp cần. Từ đó, người thực hiện sẽ biết cách bố trí đường dây cao áp vào nhà xưởng, bố trí trạm biến áp bên trong nhà xưởng. Sau cùng là bố trí các tủ điện phân phối nhà xưởng theo từng khu vực hợp lý và đúng công suất.

3. Thiết kế mạng điện hạ áp cho nhà xưởng

Mạng điện hạ áp là hệ thống điện có cấp điện áp danh định từ 0 đến 01kV. Các đường điện thuộc cấp điện áp từ 220V-380V. Sử dụng dây cáp bọc vặn xoắn ACB được bọc kín bằng lớp vỏ cách điện, gắn lên cột điện bằng kẹp treo hoặc sứ. Trụ cột làm bằng bê tông ly tâm hoặc cột bê tông vuông hoặc trụ tháp sắt, chiều cao từ 5m-8m.

Người thiết kế cần xác định vị trí bố trí các tủ điện điều khiển đối với hệ thống thiết bị, máy móc làm việc trong nhà xưởng. Bố trí cụ thể cách đi dây, vị trí đặt mạng điện hạ áp ở những khu vực sử dụng.

4. Thiết kế hệ thống điện chiếu sáng nhà xưởng

Thiết kế hệ thống điện chiếu sáng nhà xưởng là một trong những hạng mục quan trọng hàng đầu. Nếu quá ít thì không đủ sáng cho công nhân làm việc, nhưng nếu quá nhiều thiết bị thì sẽ hao tốn điện năng. Vì thế, người thiết kế cần tính toán số lượng công suất chiếu sáng trên diện tích khu vực làm việc.

• Công thức tính tổng công suất = Tổng ánh sáng cần dùng : Hiệu suất phát quang của đèn (thường >= 100 (lm/w))
• Công thức tính tổng ánh sáng cần dùng = Quang thông tiêu chuẩn * Diện tích căn phòng

Sau khi có được những con số cụ thể trên, người thiết kế sẽ xác định tổng số lượng đèn cần dùng.

• Công thức tính số lượng bóng đèn cần dùng = Tổng số công suất cần dùng : Công suất/1 bóng đèn.

Dựa trên diện tích và chiều cao nhà xưởng, bản vẽ phải thể hiện được vị trí từng bóng đèn trong hệ thống chiếu sáng. Để thiết kế hệ thống điện chiếu sáng chính xác và phù hợp, người thực hiện cần đảm bảo:

• Cường độ sáng phù hợp, không gây lóa mắt hoặc ảnh hưởng tầm nhìn của công nhân.
• Chiếu sáng rộng và đồng đều.
• Khoảng cách giữa các bóng đèn hợp lý, không tạo ra khoảng tối bởi vật cản.
• Ánh sáng cần gần với ánh sáng tự nhiên càng tốt.

5. Tính toán, thiết kế bù công suất

Tụ bù công suất có vai trò cải thiện tính ổn định của điện áp các nút, tăng khả năng tải của đường dây và độ dự trữ ổn định của hệ thống điện nhà xưởng. Đồng thời giảm tổn thất bằng việc phân bố lại công suất phản kháng trong hệ thống hợp lý.

Vì vậy, tính toán, thiết kế bù công suất sẽ giúp nhà xưởng tận dụng khả năng phát điện, giảm tổn thất điện năng ở mức nhỏ nhất. Khi máy móc hoạt động ổn định ở công suất định sẵn thì sẽ tiết kiệm chi phí điện năng tối đa, gia tăng thêm hiệu quả lao động và kéo dài tuổi thọ thiết bị.

Trong bản thiết kế, vị trí tủ bù công suất phân tán dựa theo cấu trúc nhà xưởng. Đặt tủ bù cho từng động cơ sẽ có lợi về điện áp nhưng không có lợi về chi phí và quản lý, vì thế cần tính toán cẩn thận.

6. Lưu ý khi thiết kế hệ thống điện nhà xưởng

Thiết kế hệ thống điện nhà xưởng là công việc khó khăn và đòi hỏi chuyên môn cao về điện nói chung cũng như khả năng thiết kế, bố trí hệ thống. Nếu thiết kế không đúng chuẩn, không chỉ không cung cấp được điện áp phù hợp, làm gián đoạn quá trình sản xuất (quá tải, sự cố điện…) mà còn ảnh hưởng đến chi phí, vốn đầu tư trang thiết bị. Do đó, doanh nghiệp cần có nhân sự chuyên môn về lĩnh vực này.