ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO TRƢỜNG THẠNH LỘC SINH VIÊN 1 Huỳnh Trần Anh Duy MSSV 14119691 SINH VIÊN 2 Vũ Văn Hiển MSSV 14128491 LỚP DHDI10A GVHD NGUYỄN NGỌC THIÊM TP HCM, NĂM 2018 i PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên nhóm sinh viên đƣợc giao đề tài (1) Huỳnh Trần Anh Duy, MSSV 14119691 (2) Vũ Văn Hiển, MSSV 14128491 Tên đề tài THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO TRƢỜNG THẠNH LỘC Nội dung Áp dụng kiến thức đã đƣợc.
Ý nghĩa của nhiệm vụ thiết kế cung cấp điện
Năng lượng điện, hay điện năng, là một dạng năng lượng quan trọng và phổ biến hiện nay, đóng vai trò thiết yếu trong cuộc sống của con người và sự phát triển kinh tế Điện năng được sản xuất tại các nhà máy và được truyền tải đến các hộ tiêu thụ, trong đó thiết kế cung cấp điện là một yếu tố quan trọng Khi nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ và đời sống xã hội ngày càng được nâng cao, nhu cầu tiêu thụ điện cũng tăng cao Vì vậy, việc thiết kế cung cấp điện trở thành một yếu tố không thể thiếu trong bối cảnh hiện tại.
Nhƣ vậy một đồ án thiết kế cung cấp điện cần thỏa mãn các yêu cầu sau:
Độ tin cậy trong cấp điện là yếu tố quan trọng, đặc biệt đối với các công trình cấp quốc gia, nơi cần đảm bảo nguồn điện liên tục và ổn định Đối với các đối tượng như nhà máy, xí nghiệp, và tòa nhà cao tầng, việc sử dụng máy phát điện dự phòng là giải pháp tối ưu để duy trì hoạt động khi xảy ra mất điện.
Chất lượng điện năng được đánh giá qua hai tiêu chí chính là tần số và điện áp Điện áp trung và hạ được phép dao động trong khoảng ±5% theo thiết kế Tần số điện năng được điều chỉnh bởi cơ quan điện lực quốc gia.
+ An toàn điện: Công trình cấp điện phải có tính an toàn cao cho người vận hành, người sử dụng thiết bị và cho toàn bộ công trình
+ Kinh tế: Trong quá trình thiết kế ta phải đưa ra nhiều phương án rồi chọn lọc trong các phương án đó có hiệu quả kinh tế cao
Sơ lược về trường Thạnh Lộc
Trường THPT Thạnh Lộc tọa lạc tại 116 Nguyễn Thị Sáu (TL30), khu phố 1, phường Thạnh Lộc, quận 12, thành phố Hồ Chí Minh
Công trình có tổng diện tích khuôn viên 14.889 m², với diện tích xây dựng 4.338 m² và tổng diện tích sàn 10.169 m² Khu vực cây xanh và thảm cỏ chiếm 4.021 m², trong khi diện tích giao thông nội bộ và sân bãi đậu xe là 3.158 m² Ngoài ra, công trình còn bao gồm sân chơi và sân thể dục thể thao với diện tích 3.350 m² Bên trong, có 39 phòng học, khu bộ môn thực hành, thí nghiệm, hội trường, thư viện, văn phòng và khối nhà đa năng.
2.2 Các bước tính toán thiết kế
- Tính toán thiết kế chiếu sáng, ổ cắm
- Tính toán công suất thông gió
- Thiết kế hệ thống cấp nguồn và truyền tải
+ Xác định công suất tính toán, hệ số đồng thời, hệ số sử dụng
+ Lựa chọn thiết bị đóng cắt
+ Lựa chọn cáp và dây dẫn
- Thiết kế trạm biến áp
- Thiết kế hệ thống chống sét và tiếp địa
- Hoàn thiện thuyết minh trình bày thiết kế
TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG CHO TÕA NHÀ
Tính chất của việc thiết kế
Khi thiết kế chiếu sáng cho từng khu vực trong tòa nhà, cần kết hợp hài hòa giữa ánh sáng tự nhiên và ánh sáng nhân tạo Điều này đòi hỏi người thiết kế phải hiểu rõ yêu cầu cụ thể của từng không gian để tạo ra hiệu ứng ánh sáng tối ưu.
Để đảm bảo độ rọi đầy đủ trên bề mặt làm việc, cần tạo ra sự tương phản rõ rệt giữa các khu vực cần chiếu sáng và nền xung quanh Mức độ chiếu sáng và sự phân bố quang phổ ánh sáng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu quả chiếu sáng.
- Độ rọi phân bố đồng đều, ổn định trong quá trình chiếu sáng trên phạm vi bề mặt làm việc bằng cách hạn chế dao động của lưới điện
Tập hợp quang phổ ánh sáng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo truyền sáng tối ưu, giúp hạn chế lóa mắt và giảm thiểu mệt mỏi khi làm việc hoặc học tập.
Để hạn chế sự phản xạ chói từ nguồn sáng, bạn nên sử dụng ánh sáng phản xạ và lựa chọn cách bố trí đèn hợp lý Đồng thời, cần chú ý đến chiều cao treo đèn để phù hợp với vị trí địa hình, nhằm tạo ra ánh sáng hiệu quả và dễ chịu cho không gian.
Trình tự tính toán chiếu sáng
1.2.1 Nghiên cứu đối tƣợng chiếu sáng
- Hình dạng, kích thước, các bề mặt, các hệ số phản xạ, đặc điểm phân bố các đồ đạc, thiết bị …
- Mức độ bụi, ẩm, rung ảnh hưởng của môi trường
- Các điều kiện về khả năng phân bố và giới hạn
- Đặc tính cung cấp điện (nguồn 3 pha, 1 pha…)
- Loại công việc tiến hành
- Độ căng thẳng công việc
- Lứa tuổi người sử dụng
- Các khả năng và điều kiện bảo trì …
1.2.2 Lựa chọn độ rọi yêu cầu Độ rọi là độ sáng trên bề mặt đƣợc chiếu sáng Độ rọi đƣợc chọn phải đảm bảo độ rọi tiêu chuẩn và là độ rọi nhỏ nhất tại một điểm trên bề mặt làm việc
Chọn hệ chiếu sáng chung giúp đảm bảo tất cả các khu vực trong phòng đều được chiếu sáng đồng đều, không chỉ riêng bề mặt làm việc Đèn được phân bố phía trên với độ cao hợp lý so với sàn, với hai phương thức lắp đặt là chiếu sáng chung và chiếu sáng khu vực.
Trong hệ thống chiếu sáng chung, khoảng cách giữa các đèn trong một dãy được bố trí đều đặn, nhằm đảm bảo mức độ chiếu sáng đồng đều ở mọi vị trí.
Trong hệ thống chiếu sáng khu vực, khi cần bổ sung các nguồn sáng lớn, việc không sử dụng đèn chiếu sáng tại chỗ là cần thiết Các đèn nên được lựa chọn và lắp đặt phù hợp với hệ thống chiếu sáng đã được thiết kế.
+ Yêu cầu của đối tƣợng chiếu sáng
+ Đặc điểm, cấu trúc căn nhà và sự phân bố thiết bị
+ Khả năng kinh tế, điều kiện bảo trì
Chọn nguồn sáng phụ thuộc vào:
- Nhiệt độ màu của nguồn sáng theo biểu đồ Kruithof
- Các tính năng của nguồn sáng: đặc tính ánh sáng, màu sắc, tuổi thọ đèn
- Mức độ sử dụng (liên tục hay gián đoạn), nhiệt độ môi trường, kinh tế
+ Tính chất môi trường xung quanh
+ Các yêu cầu về sự phân bố ánh sáng , sự giảm chói
+ Các cấp bộ đèn đã đƣợc phân chia theo tiêu chuẩn IEC
1.2.6 Lựa chọn chiều cao treo đèn
Tùy theo đặc điểm đối tƣợng: loại công việc, loại bóng đèn, sự giảm chói, bề mặt làm việc
Đèn có thể được phân bố sát trần hoặc cách trần một khoảng h’, với chiều cao bề mặt làm việc từ 0,8m so với mặt sàn hoặc ngay trên sàn tùy theo mục đích sử dụng Độ cao treo đèn so với bề mặt làm việc được tính bằng công thức: h tt = H - h’ - 0,8.
Chiều cao lắp đặt đèn huỳnh quang không nên vượt quá 4m để đảm bảo độ sáng đủ cho bề mặt làm việc Trong khi đó, các loại đèn như đèn thủy ngân cao áp và đèn halogen kim loại nên được treo từ 5m trở lên nhằm giảm thiểu hiện tượng chói mắt.
Xác định các thông số kỹ thuật chiếu sáng
1.3.1 Phương pháp hệ số sử dụng quang thông
+ a, b, H: Chiều dài, chiều rộng, chiều cao của căn phòng (m)
+ h lv : Chiều cao bề mặt làm việc so với sàn (m)
+ h ' : Khoảng cách từ đèn đến trần (m)
+ h tt : Chiều cao từ đèn tới bề mặt làm việc (m)
- Hệ số bù tuỳ thuộc vào loại bóng đèn và mức độ bụi của môi trường có thể chọn giá trị của hệ số bù theo phụ lục 5.2.2 TCVN 7114: 2002
- Hệ số sử dụng quang thông dựa trên các thông số, loại bộ đèn, tỷ số treo, chỉ số địa điểm, hệ số phản xạ trần tường, sàn
Khi bộ đèn không có bảng giá trị hệ số sử dụng, cần xác định cấp của bộ đèn và tra cứu giá trị hữu ích trong phụ lục để từ đó tính toán hệ số sử dụng U.
+ d , i : là hiệu suất trực tiếp và gián tiếp của bộ đèn
+ u d , u i : là hệ số có ích ứng với nhóm trực tiếp và gián tiếp
- Quang thông tổng của các đèn đƣợc xác định: tc tông
+E tc là độ rọi lựa chọn theo tiêu chuẩn ( lux)
+ S là diện tích bề mặt làm việc (m 2 )
+ tông là quang thông tổng của các bộ đèn
- Xác định số bộ đèn: Số bộ đèn đƣợc xác định bằng cách chia quang thông tổng của các bộ đèn cho quang thông của các bóng.
Tính toán chiếu sáng trường Thạnh Lộc
Bảng 1.1 Bảng độ rọi yêu cầu
STT KHU VỰC ĐỘ RỌI
6 Phòng hành chánh tổ chức 500
7 Phòng giáo vụ giám thị 300
11 Phòng thiết bị dạy học 100
36 Trạm xử lý nước cấp 200
37 Trạm xử lý nước thải 200
39 Sân thể thao đa năng 300
- Màu sơn: Hệ số phản xạ trần, tường, sàn, lần lượt là : 0.7; 0.5; 0.2
- Độ rọi yêu cầu: (Theo TCVN 7114 : 2008), ta chọn E tc = 300 lux
Bảng 1.2 Thông số bộ đèn 2xTL5-28W
Mã hiệu bộ đèn TBS165 G 2xTL5-28W / 840 HFS M2 PIP SC
Quang thông bộ đèn 2 x 2600 lm
Công suất bộ đèn (PBĐ) 56 W
Hiệu suất, cấp bộ đèn 0.6
- Chọn hệ chiếu sáng: Chung đều
+ Chiều cao treo đèn so với bề mặt làm việc: h tt 2.7m
- Hệ số sử dụng: Với chỉ số địa điểm K = 1.25 Hệ số phản xạ trần tường sàn lần lƣợt là 0.7 ; 0.5; 0.2 Ta tra bảng hệ số có ích bộ đèn đƣợc u d = 0.48
- Xác định số bộ đèn :
- Màu sơn: Hệ số phản xạ trần, tường, sàn, lần lượt là : 0.7; 0.5; 0.2
- Độ rọi yêu cầu: (Theo TCVN 7114 : 2008), ta chọn E tc = 200 lux
Bảng 1.3 Thông số bộ đèn 4xTL5-14W
Mã hiệu bộ đèn TBS165 G 4xTL5-14W/840 HFS C6 PIP SC
Quang thông bộ đèn 4 x 1200 lm
Công suất bộ đèn (PBĐ) 56 W
Hiệu suất, cấp bộ đèn 0.7
- Chọn hệ chiếu sáng: Chung đều
+ Chiều cao treo đèn so với bề mặt làm việc: h tt 2.7m
Hệ số sử dụng ánh sáng được xác định với chỉ số địa điểm K = 2, trong khi hệ số phản xạ của trần, tường và sàn lần lượt là 0.7, 0.5 và 0.2 Theo bảng hệ số, bộ đèn có ích đạt giá trị ud = 0.67.
- Xác định số bộ đèn :
1.4.2.3 Nhà vệ sinh giáo viên:
- Màu sơn: Hệ số phản xạ trần, tường, sàn, lần lượt là : 0.7; 0.5; 0.2
- Độ rọi yêu cầu: (Theo TCVN 7114 : 2008), ta chọn E tc = 200 lux
Bảng 1.4 Thông số bộ đèn LED-6W
Mã hiệu bộ đèn RS060B LED5-36-/830 PSR II WH
Quang thông bộ đèn 480 lm
Công suất bộ đèn (PBĐ) 6 W
Hiệu suất, cấp bộ đèn 1
- Chọn hệ chiếu sáng : Chung đều
+ Chiều cao treo đèn so với bề mặt làm việc : h tt 2.7m
- Hệ số sử dụng : Với chỉ số địa điểm K = 0.6 Hệ số phản xạ trần tường sàn lần lƣợt là 0.7 ; 0.5; 0.2 Ta tra bảng hệ số có ích bộ đèn đƣợc u d = 0.78
- Xác định số bộ đèn :
1.4.3 Tính toán đèn theo phần mềm dialux
Bảng 1.5 Bảng tổng hợp số lƣợng đèn khối lý thuyết
STT KHU VỰC Loại đèn Số lƣợng
5 Nhà vệ sinh trong phòng y tế LED-6W 4
6 Văn phòng đoàn đội 4xTL5-14W 4
7 Phòng hành chánh tổ chức 4xTL5-14W 12
8 Phòng giáo vụ giám thị 4xTL5-14W 4
11 Sảnh chung tầng trệt 4xTL5-14W 6
12 Nhà vệ sinh giáo nam LED-6 W 8
13 Nhà vệ sinh giáo viên nữ LED-6 W 8
14 Phòng thiết bị dạy học 2xTL5-28W 6
15 Nhà vệ sinh học sinh nam LED-6 W 12
16 Nhà vệ sinh học sinh nữ LED-6 W 12
17 Nhà vệ sinh học sinh khuyết tật LED5-6 W 4
19 Hành lang 1 (tầng trệt) 2xTL5-28W 12
20 Hành lang 2 (tầng trệt) 2xTL5-28W 12
21 Hành lang 3 (tầng trệt) 2xTL5-28W 17
22 Hành lang 4 (tầng trệt) 2xTL5-28W 9
23 Phòng nghỉ giáo viên nam 2xTL5-28W 2
31 Nhà vệ sinh học sinh nam (lầu 1,2) LED-6 W 14
33 Phòng đọc giáo viên 4xTL5-14W 15
34 Phòng đọc học sinh 4xTL5-14W 12
36 Kho DC giảng dạy 2xTL5-28W 2
Bảng 1.6 Bảng tổng hợp số lƣợng đèn khối thực hành
STT KHU VỰC Loại đèn Số lƣợng
9 Lối qua khối lý thuyết 2xTL5-28W 2
10 Hành lang tầng trệt 2xTL5-28W 12
15 Nhà vệ sinh nam LED-6W 9
16 Nhà vệ sinh nữ LED-6W 9
17 Nhà vệ sinh giáo viên 1 LED-6W 6
18 Nhà vệ sinh giáo viên 2 LED-6W 6
19 Nhà vệ sinh người khuyết tật LED-6W 8
21 Phòng chuẩn bị-kho 1 2xTL5-28W 3
22 Phòng chuẩn bị-kho 2 2xTL5-28W 3
23 Phòng chuẩn bị-kho 3 2xTL5-28W 3
24 Phòng chuẩn bị-kho 4 2xTL5-28W 3
25 Phòng học môn sinh 4xTL5-14W 16
26 Phòng học môn hóa 4xTL5-14W 16
27 Phòng chuẩn bị thí nghiệm 4xTL5-14W 6
32 Phòng đa phương tiện 4xTL5-14W 16
33 Nhà vệ sinh nữ (lầu 1 2) LED-6W 11
34 Nhà vệ sinh nam (lầu 1 2) LED-6W 11
36 Phòng phục vụ kho 2xTL5-28W 1
37 Phòng chuẩn bị (tầng 2) 2xTL5-28W 2
43 Đại sảnh nhỏ (lầu 2) 2xTL5-28W 6
Bảng 1.7 Bảng tổng hợp số lƣợng đèn khối khác
STT KHU VỰC Loại đèn Số lƣợng
3 Trạm bơm xử lý nước cấp TCW 2x35W 3
4 Trạm bơm xử lý nước thải TCW 2x35W 4
6 Nhà xe học sinh TCW 2x35W 13
7 Nhà xe giáo viên TCW 2x35W 6
8 Sân thể thao đa môn 1x426W 20
10 Nhà vệ sinh nữ LED-6W 15
11 Nhà vệ sinh nam LED-6W 15
13 Hành lang (tủ đồ) 4xTL5-14W 3
Tính toán số lƣợng ổ cắm
- Khi không có số liệu cụ thể về thiết bị điện sử dụng ổ cắm hoặc ứng dụng cụ thể của ổ cắm thì công suất mạch ổ cắm đƣợc xác định:
Đối với các nhà làm việc, trụ sở và văn phòng, công suất phụ tải từ các ổ cắm điện cần được tính toán với suất phụ tải tối thiểu là 25 VA/m² sàn, theo quy định tại điều 220.14 của tiêu chuẩn NEC 2008 hoặc TCVN 9206.
Công suất ổ cắm cần là:
S: Công suất ổ cắm (VA) S’: Diện tích phòng (
+ Chọn công suất trung bình theo tiêu chuẩn TCVN 9206 là 300VA (240W)
1.5.1 Tính ổ cắm cho sảnh chờ
- Sảnh có diện tích là 5.6 x 3.35 m
- Công suất ổ cấm cần trên 1 đơn vị diện tích:
1.5.2 Tính ổ cắm cho phòng y tế
- Đại sảnh có diện tích là 6.7 x 3.8 m
- Công suất ổ cắm cần trên 1 đơn vị diện tích:
1.5.3 Tính ổ cắm cho văn phòng hành chánh tổ chức
- Văn phòng có diện tích là 7.8 x 6.7 m
- Công suất ổ cắm cần trên 1 đơn vị diện tích:
1.5.4 Tính toán ổ cắm cho khu khác
Bảng1.8 Bảng thống kê số lƣợng ổ cắm
STT Phòng Diện tích Số lƣợng ổ cắm
4 Văn phòng hành chánh tổ chức 7.8x6.7 5
6 Phòng giáo vụ giám thị 6.7x3.8 2
8 Phòng thiết bị dạy học 11.8x6.7 4
12 Phòng nghĩ giáo viên nam 6.7x3.8 3
13 Phòng nghĩ giáo viên nữ 6.7x3.8 3
43 Phòng chuẩn bị thí nghiệm 4x5.9 3
55 Sân thể thao đa môn 19.6x26.8 8
Tính toán số lƣợng quạt thông gió
+ L: Lưu lượng không khí cấp vào phòng + m: Số lần trao đổi khí (1/h)
+ Q: Là lưu lượng gió của quạt ( )
- Sử dụng quạt đảo trần Mitsubishi CY16-CQ- có hộp số:
+ Thông số kỹ thuật: 220V-50HZ , Q= 3000( )
1.6.1 Tính toán cho phòng học
Tính toán tương tự cho các phòng còn lại
1.6.2 Tính toán cho những khu khác
Bảng 1.8 Bảng thống kê số lƣợng quạt
Số lần trao đổi khí
4 Văn phòng hành chánh tổ chức 7.8x6.7 64 4
6 Phòng giáo vụ giám thị 6.7x3.8 48 2
8 Phòng thiết bị dạy học 11.8x6.7 32 2
12 Phòng nghĩ giáo viên nam 6.7x3.8 16 1
13 Phòng nghĩ giáo viên nữ 6.7x3.8 16 1
35 Phòng chuẩn bị thí nghiệm 4x5.9 64 2
XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN
Tính chất phụ tải điện
Việc xác định chính xác phụ tải điện là rất quan trọng và khó khăn do phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố Nếu phụ tải tính toán nhỏ hơn phụ tải thực tế, điều này có thể dẫn đến giảm tải cho các thiết bị điện, gây ra nguy cơ cháy nổ và các tình huống nguy hiểm Ngược lại, nếu phụ tải tính toán lớn hơn thực tế, việc lựa chọn thiết bị sẽ trở nên quá lớn, dẫn đến lãng phí không cần thiết.
Việc phân nhóm phụ tải của trường dựa vào các yếu tố sau:
- Các thiết bị trong cùng một nhóm có cùng chức năng
- Công suất của nhóm phụ tải tương đối đồng đều
- Phân nhóm theo khu vực gần nhau thì cùng một nhóm
- Số nhóm không nên quá nhiều.
Phương pháp xác định phụ tải tính toán
- Xác định phụ tải tính toán theo hệ số sử dụng và hệ số đồng thời (IEC).
+ P d i : công suất đặt thứ I ( KW)
Ƣu điềm : đơn giản thuận tiện, sử dụng phổ biến
Nhƣợc điểm là : không chính xác vì hệ số sử dụng phải tra sổ tay, không phụ thuộc vào chế độ vận hành của mỗi thiết bị trong nhóm
2.2.1 Tính toán tải đèn chiếu sáng
Khi sử dụng đèn phóng điện như đèn HQ và HQ compact trong hệ chiếu sáng, việc xác định công suất bộ đèn (PBĐ) không chỉ dựa vào công suất bóng đèn mà còn cần tính đến tổn hao công suất trong ballast (P ballast) Tổn hao này thay đổi tùy thuộc vào loại ballast được sử dụng.
Khi sử dụng đèn ballast, nếu trong catalogue đã ghi rõ công suất của bộ đèn, bạn không cần tính thêm công suất tổn hao trong ballast Nếu không có số liệu ballast thực, bạn có thể chọn một cách gần đúng để xác định công suất cần thiết.
- Đối với đèn HQ, HQ compact:
+ Ballast điện từ: Pballast = (15%-25%) P đốn ; cosứ = 0,6 – 0,87
+ Ballast điện tử: P ballast ≤ 10% P đốn ; cosứ = 0,9 – 0,99
- Đối với đèn phóng điện cao áp:
+ Ballast điện từ: Pballast ~ 10% P đốn ; cosứ = 0,85 (loại cú tụ)
+ Ballast điện tử: P ballast < 10% P đốn ; cosứ = 0,9 – 0,98
Khi xác định tải tính toán chiếu sáng cho mạch cung cấp, cần lưu ý đến hệ số sử dụng và hệ số đồng thời Phụ tải tính toán chiếu sáng là yếu tố quan trọng trong quá trình này.
+ P BĐ – công suất bộ đèn ( kể cả tổn hao trong ballast)
2.2.2 Tính toán tải là ổ cắm (TCVN 9206 – 2012)
Công suất tính toán đối với các ổ cắm điện P OC đƣợc xác định:
Tra bảng hệ số K s =0.1, K u =1 theo tiêu chuẩn IEC
S ttoc = 3840 0.1 1 84 VA Chọn công suất trung bình theo tiêu chuẩn IEC là 300VA (240W)
2.2.3 Tính toán phụ tải thông gió
Khi xác định tải tính toán thông gió của mạch cung cấp, cần tính đến hệ số sử dụng và hệ số đồng thời
Phụ tải tính toán thông gió:
+ P q – công suất của quạt sử dụng
Áp dụng tính toán
Áp dụng phương pháp như trên ta xác định phụ tải tính toán theo hệ số sử dụng Ku và hệ số đồng thời K s nhƣ sau:
Hệ số đồng thời K s lấy từ 0.8 – 1 phụ thuộc vào số phần tử đi vào nhóm nhƣ bảng dưới đây
Bảng 2.1 Bảng tra hệ số đồng thời cho tủ phân phối
2 và 3 (tủ đƣợc kiểm nghiệm toàn bộ) 0.9
Trong điều kiện vận hành bình thường, công suất tiêu thụ thực tế thường thấp hơn giá trị định mức, vì vậy hệ số sử dụng K u được áp dụng để đánh giá giá trị công suất.
23 tiêu thụ thực Hệ số này cần đƣợc áp dụng cho từng tải riêng biệt ( nhất là động cơ vì chúng hiếm khi chạy đầy tải )
Sau khi xác định phương án tải, các thông số như K u, K s cho đèn, quạt và bơm được tra cứu theo tiêu chuẩn IEC Hệ số chọn cosϕ cũng được căn cứ theo tiêu chuẩn xây dựng và tiêu chuẩn thiết kế TCVN.
2.3.1.1.1 Tính toán tải cho khu 1(pha C)
- Tính toán công suất đèn: k s , k u đối với chiếu sáng bằng 1
- Tính toán công suất quạt: k s , k u đối với hệ thống thông gió, sưởi, lạnh bằng 1 + Quạt đảo
- Tính hệ số công suất trung bình
P 1 = P ttcs2 + P ttcs4 + P tttg1 + P tttg2 + P oc
Bảng 2.2 Bảng tổng hợp công suất tầng trệt khối lý thuyết
Khu Pha Tải Loại Số lƣợng
Hành lang,WC, chiếu sáng sân
Tính tương tự cho tầng 1 và tầng 2
Bảng 2.3 Bảng tổng hợp công suất tầng 1 khối lý thuyết
Khu Pha Tải Loại Số lƣợng
Hành lang,WC, chiếu sáng sân
Bảng 2.4 Bảng tổng hợp công suất tầng 2 khối lý thuyết
Khu Pha Tải Loại Số lƣợng Công suất
Hành lang,WC, chiếu sáng sân B Đèn
2.3.1.4 Tổng công suất khối lý thuyết
2.3.2.1 Tính toán chiếu sáng tầng trệt(pha A)
- Tính toán công suất đèn:
Ta có k s , k u đối với chiếu sáng bằng 1
- Tính hệ số công suất trung bình
- Tổng công suất chiếu sáng tầng trệt:
= 3172+3416+228+76+6 = 6898W Tính tương tự cho tầng 1 và tầng 2
Bảng 2.5 Bảng tổng hợp công suất chiếu sáng tầng 1,2 khối thực hành
Khu Pha Loại đèn P bộ
2.3.2.2 Tính toán công suất quạt tầng trệt (pha A)
- Tính toán công suất quạt: k s , k u đối với hệ thống thông gió, sưởi, lạnh bằng 1 + Quạt đảo:
Ptong = Ptttg1+ Ptttg2+ Ptttg3 = 2016+200+22 = 2238W Cos = 0.8
Bảng 2.6 Bảng tổng hợp công suất quạt tầng 1,2 khối thực hành
Khu Pha Loại quạt P Số lƣợng
Tầng 1 B Đảo trần 48 49 2352 0.8 Treo tường 50 10 500 0.8
Tầng 2 C Đảo trần 48 32 1536 0.8 Treo tường 50 2 100 0.8
2.3.2.3 Tính toán công suất ổ cắm tầng trệt (pha A)
P oc = N oc P oc = 41 240 = 9840 W Tính toán tương tự cho tầng 1 và 2
Bảng 2.7 Bảng tổng hợp công suất ổ cắm tầng 1,2 khối thực hành
Khu vực Pha Số lƣợng Công suất Ptt(W) Cos
2.3.2.4 Tính toán tổng công suất tầng trệt
- Hệ số công suất tầng trệt
Tương tự cho tầng 1 và 2
Bảng 2.8 Bảng tổng hợp công suất tầng 1,2 khối thực hành
Khu vực Thiết bị Ptt
- Công suất tổng khu thực hành:
- Hệ số công suất khối thực hành:
2.3.3 Nhà thi đấu đa năng
Bảng 2.9 Bảng tổng hợp công suất khối nhà thi đấu đa năng
Nhà thi đấu đa năng
Bảng 2.10 Bảng tổng hợp công suất khác
Công suất khu vực ngoài
Khu Tải Số lƣợng Công suất Ptt
Nhà xe học sinh Đèn 13 77 1101 0.85
Nhà xe giáo viên Đèn 12 77 924 0.85
Trạm xử lý nước cấp Đèn 3 77 231 0.85 Động cơ 1 5000 5000 0.8
Trạm xử lý nước thải Đèn 4 77 308 0.85 Động cơ 1 5000 5000 0.8
Bảng 2.11 Tổng công suất khu vực khác
Công suất toàn trường
Công suất tiêu thụ toàn trường:
Do các tầng trong trường không hoạt động đồng thời, hệ số đồng thời cho tủ phân phối theo IEC được xác định là kđt = 0.7 Từ đó, công suất tính toán của trường được xác định dựa trên hệ số này.
P tt = (215.607+22) 0.7 = 166.325 KW Công suất biểu kiến:
= = 202.8 KVA Công suất phản kháng:
= √ = √ = 116 KVAR Dòng điện tính toán:
THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP
Giới thiệu
Trạm biến áp là thiết bị chuyển đổi điện năng giữa các cấp điện áp khác nhau, đóng vai trò thiết yếu trong hệ thống cung cấp điện Việc lựa chọn máy biến áp phù hợp phụ thuộc vào điều kiện cụ thể của hệ thống cung cấp điện.
Phân loại trạm biến áp
Trạm biến áp trung gian, còn gọi là trạm biến áp chính, có chức năng nhận điện từ hệ thống điện áp 35-22KV và biến đổi thành các cấp điện áp 10 KV, 6 KV hoặc thậm chí xuống tới 0.4 KV.
Trạm biến áp phân xưởng là thiết bị nhận điện từ trạm biến áp trung gian, chuyển đổi thành các cấp điện áp phù hợp cho các tải như xưởng, xí nghiệp và nhà cao tầng Các điện áp phía sơ cấp thường là 10 KV, 6 KV, 15 KV hoặc 35 KV, trong khi phía thứ cấp cung cấp các loại điện áp 220/127V, 380/220V hoặc 660 KV.
Phân loại trạm biến áp theo vị trí
- Trạm biến áp trong nhà
- Trạm biến áp ngoài trời
3.3.1 Trạm biến áp và dung lƣợng biến áp :
Khi lựa chọn vị trí cho số lượng biến áp trong xí nghiệp, cần thực hiện so sánh giữa các yếu tố kinh tế và kỹ thuật Vị trí của trạm biến áp phải đáp ứng các yêu cầu chính như hiệu quả kinh tế, tính khả thi kỹ thuật và sự thuận tiện trong việc vận hành và bảo trì.
- An toàn liên tục cung cấp điện
- Vốn đầu tƣ bé nhất
- Ít tiêu tốn kim loại màu nhất
- Các khí cụ và thiết bị phải tương đồng với nhau …
- Dung lƣợng của máy biến áp trong một xí nghiệp nên đồng nhất, ít chủng loại để giảm số lƣợng và dung lƣợng máy biến áp dự phòng
- Sơ đồ nối dây của trạm nên đơn giản, chú ý đến sự phát triển của phụ tải sau này
+ S đmBA : Công suất định mức của máy biến áp mà ta chọn
+ S ttpt :Công suất tính toán phụ tải của toàn công trình
3.3.2.1 Chọn số lƣợng máy biến áp:
Khi lựa chọn máy biến thế, cần chú ý đến khả năng chịu quá tải thường xuyên và khả năng xử lý sự cố của máy Nếu không thể đáp ứng hai tiêu chí này, bạn có thể chọn máy dựa trên những điều kiện đơn giản khác.
+ S đmBA – Công suất định mức của máy
+ S TT – Công suất yêu cầu đƣợc cấp
Công suất yêu cầu cấp điện phụ thuộc vào mức độ tiêu thụ điện liên tục của các tải trong mạng điện và sự phát triển tương lai của hệ thống cấp điện.
Dựa vào kết quả tính toán ở Chương 2 ta có các thông số sau:
S tt = = = 202.8 KVA Dòng điện tính toán là :
√ = 293 A Vậy ta chọn máy biến áp Đông Anh với thông số:
+ Công suất định mức 250 KVA
+ Điệp áp làm việc 6.6/0.4KV
CHỌN DÂY DẪN VÀ KHÍ CỤ BẢO VỆ
Cơ sở lý thuyết
Trong điều kiện vận hành của các khí cụ điện, sứ cách điện và các bộ phận cách điện khác, có ba chế độ hoạt động chính: chế độ làm việc lâu dài, chế độ làm việc quá tải và chế độ làm việc ngắn mạch Mỗi chế độ này ảnh hưởng đến hiệu suất và độ bền của thiết bị điện.
Chế độ làm việc lâu dài yêu cầu các khí cụ điện, sứ cách điện và các bộ phận dẫn điện khác phải được lựa chọn phù hợp với điện áp định mức để đảm bảo hoạt động tin cậy.
Chế độ làm việc quá tải xảy ra khi dòng điện qua các thiết bị điện, sứ cách điện và dây dẫn vượt quá giá trị định mức Để đảm bảo sự tin cậy của các phần tử này, cần tuân thủ các quy định về giá trị và thời gian cho phép của điện áp và dòng điện tăng cao, không được vượt quá mức cho phép.
Trong chế độ làm việc ngắn mạch, các khí cụ điện, sứ cách điện và các bộ phận dẫn điện khác vẫn hoạt động tin cậy nếu được lựa chọn với các thông số phù hợp theo điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt.
Cách chọn dây cáp điện
Cách đi dây điện cần được xác định dựa trên điều kiện cụ thể, có thể chôn trong đất, âm trong tường hoặc trên thang cáp Mỗi phương pháp đi dây sẽ tạo ra hệ số hiệu chỉnh khác nhau.
4.2.1 Đối với cáp không chôn trong đất
Chọn dây hạ thế dựa trên điều kiện phát nóng:
Việc tính các hệ số hiệu chỉnh nhƣ sau:
+ K 1 : Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ
+ K 2 : Hệ số hiệu chỉnh theo số cáp gần nhau
+ K 3 : Hệ số hiệu chỉnh theo theo kiểu lắp đặt
4.2.2 Đối với cáp chôn trong đất
Với phương án ta cần xác định hệ số K như sau:
+ K 4 : Hệ số hiệu chỉnh theo kiểu lắp đặt Nếu cáp đặt chôn trong đất lấy 0,8 còn lại là 1
Hệ số K5 là hệ số hiệu chỉnh áp dụng cho các cáp đặt gần nhau Trong trường hợp không có dữ liệu cụ thể, có thể tham khảo các tài liệu tiêu chuẩn của các quốc gia theo cách tính của IEC để có được giá trị gần đúng.
Bảng 4.1 Bảng tra hệ số mạch đặt gần nhau
Số mạch hoặc cáp đa lỗi
+ K 6 : Hệ số hiệu chỉnh theo loại đất Hệ số này có giá trị phụ thuộc vào bản chất của đất nhƣ sau:
Bảng 4.2 Bảng tra hệ số hiệu chỉnh theo lọai đất Đất rất ẩm 1,21 Đất khô 1,0 Đất ẩm 1,13 Đất rất khô 0,86
+ K 7 : Hiệu chỉnh theo nhiệt độ.
Cách chọn thanh cái
Lựa chọn tiết diện thanh cái (busbar) là một nhiệm vụ quan trọng trong ngành điện, với mỗi người có phương pháp lựa chọn riêng Thông thường, có ba trường hợp phổ biến trong quá trình này.
+ Chọn thanh cái theo tính toán
+ Chọn thanh cái theo kinh nghiệm
+ Chọn thanh cái theo các tiêu chuẩn
Khi chọn thanh cái, nên dựa vào các tiêu chuẩn phổ biến được xác định từ tính toán và kinh nghiệm thực tiễn Việc tuân thủ các tiêu chuẩn này không chỉ hỗ trợ trong quá trình thiết kế mà còn đảm bảo thi công công trình đạt yêu cầu chất lượng đã được công nhận.
Cách chọn CB
Để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho các thiết bị làm việc, việc sử dụng các thiết bị bảo vệ như cầu chì và CB là rất cần thiết, giúp tránh thiệt hại do sự cố điện.
CB là thiết bị điện có chức năng đóng ngắt mạch điện, giúp cách ly mạch sự cố khỏi lưới điện Nhiệm vụ chính của CB là giảm thiểu thiệt hại do sự cố ngắn mạch, quá dòng, quá tải và hư hỏng cách điện Các chức năng cơ bản của CB bao gồm bảo vệ hệ thống điện khỏi những rủi ro này.
Bảo vệ mạch điện Cách ly Điều khiển
- Chỉ thị rõ việc cách ly thông qua một bộ phận chỉ thị cơ
- Tạo khoảng hở thấy đƣợc
- cách điện giữa các tiếp điểm mở
- Đóng cắt theo chức năng
- Đóng cắt lúc khẩn cấp
- Đóng cắt khi bảo trì cơ
Thiết bị bảo vệ hoạt động dựa vào dòng điện đi qua, cho phép mạch vận hành bình thường khi dòng điện nhỏ hơn hoặc bằng giá trị cho phép (Iđm) Khi dòng điện vượt quá giới hạn cho phép, thiết bị sẽ tự động tác động để cách ly mạch gặp sự cố, có thể ngay lập tức hoặc sau một khoảng thời gian nhất định.
4.4.2 Điều kiện lựa chọn CB:
Các CB đƣợc chọn theo dòng làm việc (dòng tính toán) nhƣ sau:
Bảng 4.4 Điều kiện chọn CB
Các đại lƣợng kiểm tra Điều kiện
Dòng điện định mức (A) I đmCB ≥ I tt Dòng cắt định mức (kA) I NCB ≥ I N
4.4.3 Tính toán ngắn mạch sau MBA:
Dựa vào sơ đồ, dòng ngắn mạch IN tại thanh cái tổng tủ là lớn nhất trong mạng điện hạ áp Vì vậy, để đơn giản hóa quá trình tính toán, có thể sử dụng trị số dòng ngắn mạch IN làm dữ liệu để tính toán, chọn lựa và kiểm tra các phần tử trong sơ đồ.
Tổng trở của CB tổng có thể được xem là rất nhỏ so với tổng trở của MBA và có thể bỏ qua Điện trở và điện kháng của MBA được tính toán theo công thức cụ thể.
Áp dụng tính toán
4.5.1 Tính toán chọn CB sau MBA
41 Áp dụng công thức ta tính ngắn mạch tại thanh cái tổng:
Chú ý: CB tổng chọn theo dòng định mức của MBA:
√ Vậy ta chọn MCCB Mitsubishi tổng có thông số:
Bảng 4.5 Thông số CB tổng
Các đại lƣợng kiểm tra Điều kiện
U đm (kV) U đmCB = 400V ≥ U đmLĐ @0 V Dòng điện định mức (A) IđmCB = 400A ≥ I tt = 293 A Dòng cắt định mức (kA) I NCB = 45kA ≥ I N = 8.59 kA
4.5.2 Chọn CB tủ lý thuyết
Ta có công suất tiêu thụ:
P tt = 106.186 KW Công suất biểu kiến:
129.5 KVA Dòng điện định mức:
Tính toán tương tự cho các khu còn lại
4.5.3 Chọn CB cho những khu khác
Bảng 4.6 Bảng tổng hợp CB
3 Trạm xử lý nước cấp 5.693 10.27 16A MCCB 3P 16A
4 Trạm xử lý nước thải 5.924 10.69 16A MCCB 3P 16A
5 Sân thể thao đa năng 12.118 36.07 50A MCCB 1P 50A
Cầu thang,WC, sân trường (tầng trệt)
25 Tầng trệt (khối thực hành) 17.18 95.83 125 MCCB 1P 125A
26 Chiếu sáng hành lang , WC 1.796 9.02 16 MCCB 1P 16A
27 Tầng 1 (khối thực hành) 21.619 80.1 100 MCCB 1P 100A
Chiếu sáng hành lang , WC (tầng trệt)
29 Tầng 2 (khối thực hành) 12.288 45.96 63 MCCB 1P 63A
Chiếu sáng hành lang , WC (tầng trệt)
Các nhánh CB còn lại tính tương tự và được ghi rõ trong bản vẽ kèm theo.
Chọn dây dẫn hạ thế
Dựa vào sơ đồ đơn tuyến và áp dụng công thức tính toán chọn dây Thực hiện tính toán chọn dây dẫn hạ thế nhƣ sau:
Nguồn điện được cung cấp từ trạm biến áp (TBA) đến tủ phân phối là nguồn 3 pha 4 dây với điện áp định mức U đm = 400V Chúng ta lựa chọn phương án lắp đặt cáp ngầm trong ống PVC để đảm bảo an toàn và hiệu quả.
Với phương án đi dây ngầm ta cần xác định hệ số K như sau:
+ K 4 : Hệ số hiệu chỉnh theo kiểu lắp đặt
+ K 5 : Hệ số hiệu chỉnh theo số cáp đặt gần nhau
Các dây được coi là kề nhau khi khoảng cách L giữa chúng nhỏ hơn hai lần đường kính của dây lớn nhất trong hai dây Theo tiêu chuẩn IEC, hệ số được chọn là K5=1.
- K 6 : Hệ số hiệu chỉnh theo loại đất
- K 7 : Hiệu chỉnh theo nhiệt độ
4.6.1 Dây dẫn từ TBA đến tủ phân phối chính (LT)
+ K 4 : Ta chọn phương án đi dây ngầm trong ống PVC chôn dưới đất theo IEC ta chọn K 4 =0.8
+ K 5 : Hệ số hiệu chỉnh theo số cáp đặt gần nhau
Các dây được xem là kề nhau khi khoảng cách L giữa chúng nhỏ hơn hai lần đường kính của dây lớn nhất trong hai dây, theo tiêu chuẩn IEC, với hệ số K 5 = 1.
+ K 6 : Vì chôn cáp trong đất khô nên chọn hệ số K6 =1
+ K 7 : Hiệu chỉnh theo nhiệt độ
- Do nhiệt độ trong đất của công trình mà ta đang tính toán là 25 0 C
Theo IEC bảng G13 trang G11 ta chọn hệ số K 7 =0.95
Từ đó ta tính đƣợc :
Dựa trên kết quả tính toán, chúng tôi chọn tiết diện dây dẫn từ trạm biến áp tới tủ phân phối là 3 dây cáp 1 lõi, sử dụng dây ruột đồng với cách điện PVC và vỏ PVC không có giáp bảo vệ Dây sẽ được đi trong ống đơn tuyến chôn trong đất, có dòng định mức là 311A, với tiết diện là (4x120 mm² + 60 mm² E).
4.6.2 Dây dẫn từ tủ điện LT đến tủ điện các tầng
Ta chọn cáp có cách điện PVC với:
+ Thông số lắp đặt: Nhiệt độ không khí 30 0 C, nhiệt độ ruột dây dẫn tối đa khi cáp tải dòng định mức là 70 0 C
+ Dòng điện định mức và độ sụt áp của cáp ruột đồng CVV, cách điện PVC, vỏ PVC, không giáp bảo vệ lắp trên không
Nguồn điện đi từ tủ chính (LT) đến tủ điện tầng với điện áp là 400 V
Chọn dây hạ thế dựa trên điều kiện phát nóng
Việc tính các hệ số hiệu chỉnh nhƣ sau:
+ K 1 : Theo nhiệt độ chọn K 1 =0.94: Theo IEC ta có nhiệt độ của công trình là
+ K 2 : Ta chọn bằng 0.88 Tra bảng 3.2 trang 25 ( Sách Hướng dẫn đồ án môn học Thiết kế cung cấp điện)
+ K 3 : Ta chọn bằng 1 Tra bảng 3.3 trang 26 ( Sách Hướng dẫn đồ án môn học
Thiết kế cung cấp điện) Loại cố định trên tường
4.6.3 Chọn dây dẫn từ tủ lý thuyết đến tầng 1
Ta chọn dây cáp 1 lõi, cáp đặt trên cùng một mặt phẳng và khoảng cách với dòng điện định mức là : 128A Với tiết diện là 25mm 2 ( 3x25mm 2 + 16 mm 2 E)
4.6.4 Chọn dây dẫn từ tủ lý thuyết đến tầng 2
Ta chọn dây cáp 1 lõi, cáp đặt trên cùng một mặt phẳng và khoảng cách với dòng điện định mức là : 128A Với tiết diện là 25mm 2 ( 3x25mm 2 + 16 mm 2 E)
4.6.5 Chọn dây dẫn những khu còn lại
Bảng 4.7 Bảng tổng hợp dây
STT Tên I CB I cp Loại dây
1 Trạm đến tủ thực hành
2 Trạm đến tủ bơm xử lý nước cấp
3 Trạm đến tủ bơm xử lý nước thải
4 Trạm đến tủ bảo vệ 1
5 Trạm đến tủ bảo vệ 2
6 Trạm đến tủ sân thi đấu đa năng
7 Tủ thực hành đến tầng 1
8 Tủ thực hành đến tầng 2
Dây dẫn từ tủ tầng đến tủ (bảng điện) phân phối đƣợc tính và kí hiệu trực tiếp trên hồ sơ thiết kế đƣợc kèm theo.
Chọn thanh cái theo tiêu chuẩn IEC 60439
Xét thanh cái tổng: I= 400A, sử dụng bảng tra ta chọn thanh cái 240
+ Chọn thanh cái tủ lý thuyết:
Theo nhƣ tính toán ta có I"5A, sử dụng bảng tra ta chọn thanh cái 95
+ Chọn thanh cái tủ thực hành:
Theo nhƣ tính toán ta có I0A, sử dụng bảng tra ta chọn thanh cái 50
Bảng 4.8 Bảng tra thanh cái
Range of rated current (dòng định mức làm việc)
Conductor cross-sectional area (tiết diện dây dẫn)
TÍNH TOÁN CHỐNG SÉT CHO TRƯỜNG
Sét và quá trình phóng điện của sét
- Sét là sự phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây và mặt đất hay giữa các đám mây tích điện với nhau
- Sự phóng điện của sét chia làm 3 giai đoạn:
Sự phóng điện giữa đám mây và mặt đất bắt đầu với một dòng sáng phát triển xuống mặt đất, di chuyển với tốc độ từ 100 đến 1000 km/g Dòng điện này mang phần lớn điện tích từ đám mây, tạo ra điện thế lên đến hàng triệu vôn ở đầu cực của nó Giai đoạn này được gọi là giai đoạn phóng tia tiên đạo.
Khi dòng tiên đạo phát triển xuống mặt đất, giai đoạn phóng điện chủ đạo của sét bắt đầu Trong giai đoạn này, các điện tích dương từ mặt đất di chuyển lên theo tia tiên đạo với tốc độ lớn, nhằm trung hòa các điện tích âm Sự phóng điện này đặc trưng bởi dòng điện sét mạnh mẽ và ánh sáng chớp mãnh liệt Nhiệt độ không khí trong vùng được đốt nóng lên hàng vạn độ, gây ra sự giãn nở nhanh chóng và tạo thành âm thanh sấm.
+ Ở giai đoạn phóng điện thứ ba sẽ kết thúc sự di chuyển điện tích của các đám mây, quá trình phóng điện và lóe sáng dần dần biến mất
Sét là một hiện tượng tự nhiên có khả năng gây thiệt hại nghiêm trọng về kinh tế cho con người Do đó, nghiên cứu về tác hại của sét và các biện pháp giảm thiểu thiệt hại này đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học, đặc biệt trong lĩnh vực điện.
Các công trình điện như đường dây và trạm biến áp thường được xây dựng ngoài trời với cấu trúc kim loại cao, điều này làm tăng nguy cơ xảy ra sự cố do sét Khi sét đánh vào đường dây, có thể gây ra hiện tượng vỡ sứ và đứt dây, đồng thời lan truyền vào trạm biến áp, dẫn đến hỏng hóc thiết bị chính.
Máy biến áp là một yếu tố quan trọng trong hệ thống cung cấp điện, và việc hỏng hóc của nó có thể gây ra gián đoạn trong việc cung cấp điện Điều này không chỉ dẫn đến thiệt hại kinh tế do chi phí sửa chữa mà còn làm ngừng trệ sản xuất và ảnh hưởng tiêu cực đến sinh hoạt hàng ngày của con người.
Sét đánh, đặc biệt là sét đánh trực tiếp, có thể gây hư hỏng nghiêm trọng cho các thiết bị điện và đường dây tải điện Để bảo vệ khỏi những tác động nguy hiểm này, cần lắp đặt các thiết bị bảo vệ nhằm ngăn chặn cả sét đánh trực tiếp và gián tiếp.
5.1.3 Giải phép phòng chống sét
Nghiên cứu và áp dụng các biện pháp hạn chế tác hại của sét là cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu quả kinh tế cho từng khu vực và đối tượng cụ thể, không chỉ trong ngành điện mà còn trong nhiều lĩnh vực khác.
Hiện nay chúng ta sử dụng phổ biến các kiểu chống sét là:
+ Đối với các công trình kiến trúc kiến trúc lắp đặt các kim thu sét (cột thu lôi)
+ Đối với các công trình điện (đường dây và trạm biến áp) thì sử dụng đường dây chống sét và các chống sét van
5.1.4 Thuật ngữ và định nghĩa
- Hệ thống chống sét: toàn bộ hệ thống dây dẫn đƣợc sử dụng để bảo vệ các công trình khỏi sự tác động của sét
- Bộ phận thu sét: một bộ phận của hệ thống chống sét nhằm mục đích thu hút sét đánh vào
- Mạng nối đất: một bộ phận của hệ thống chống sét nhằm tiêu tán dòng điện xuống đất
- Dây dẫn: bộ phận hoặc nhóm các bộ phận dẫn điện có tiếp xúc với đất và có thể truyền dòng điện xuống đất
Cực nối đất mạch vòng là hệ thống tạo ra một vòng khép kín xung quanh công trình, có thể nằm trên hoặc dưới bề mặt đất, hoặc ngay trong móng của công trình.
- Vùng bảo vệ: thể tích mà trong đó một dây dẫn sét tạo ra khả năng chống sét đánh thẳng bằng cách thu hút sét đánh vào nó
5.2 Chọn hệ thống chống sét bằng đầu thu sét phát tia tiên đạo sớm ESE
ESE hoạt động dựa trên nguyên lý tương tự như kim thu sét cổ điển, nhưng với cấu trúc đặc biệt giúp tăng cường độ điện trường tại chỗ Điều này tạo ra thời điểm kích hoạt sớm và nâng cao khả năng phát xạ ion, từ đó tạo ra điều kiện lý tưởng cho sự phát triển của phóng điện sét.
Điểm thu sớm nhất của đầu thu sét giúp gia tăng khả năng kích thích ở trường tĩnh điện thấp, từ đó nâng cao khả năng thu sét Nhờ vào tính năng này, đầu thu sét trở thành điểm thu sớm nhất so với các vị trí khác trong tòa nhà cần bảo vệ Các đầu thu sét này vẫn hoạt động hiệu quả ngay cả với dòng sét có cường độ thấp, từ 2 kA đến 5 kA, ứng với các khoảng cách kích hoạt khác nhau.
D nhỏ D = 10I 2/3 ; I: trị đỉnh dòng sét tính bằng kA)
Vùng bảo vệ của ESE được hình thành dưới dạng một hình nón, với đỉnh là đầu kim thu sét Bán kính bảo vệ R p (m) được xác định dựa trên khoảng cách kích hoạt sớm trung bình (m) của kim thu sét, cùng với khoảng cách kích hoạt D (m) tùy thuộc vào mức độ bảo vệ cần thiết.
- Công thức tính bán kính bảo vệ Rp của đầu thu sét ESE theo tiêu chuẩn NFC-17-
R p = √ + D(m): Phụ thuộc vào cấp bảo vệ I, II, III
+ h (m): Chiều cao đầu thu sét tính từ đỉnh kim đến bề mặt đƣợc bảo vệ
+ (m): Độ lợi về khoảng cách phóng tia tiên đạo; = v ; (ms) độ lợi về thời gian.
Áp dụng hệ thống chống sét tiên đạo công nghệ phát xạ sớm NLP 2200
5.3.1 Cơ sở để lập thiết kế
- Căn cứ vào số liệu thiết kế sơ bộ công trình
- Căn cứ vào tài liệu khảo sát địa chất công trình
- Căn cứ vào các tiêu chuẩn chống sét hiện hành nhƣ sau:
+ TCXDVN 46 : 2007 Tiêu chuẩn chống sét cho công trình xây dựng Việt Nam + TCVN 9385-2012 Chống sét cho công trình xây dựng
+ TCVN 4756 – 86 Tiêu chuẩn nối đất an toàn điện hiện hành của Việt Nam + Tiêu chuẩn chống sét Australia và Newzeland AS 1768 -1991 và NZS/AS 1768-1991
+ Các tiêu chuẩn chung về chống sét lan truyền và chống sét cảm ứng của Đức
5.3.2 Thiết bị thu sét phát xạ sớm tia tiên đạo NLP 2200
Sản phẩm NLP 2200, được chế tạo bởi hãng CIRPROTEC tại Tây Ban Nha, là thiết bị chống sét tia tiên đạo phát xạ sớm Giải pháp thiết kế và kỹ thuật của CIRPROTEC tuân thủ tiêu chuẩn an toàn Quốc gia Pháp NFC 17-102/1995 và được sản xuất theo tiêu chuẩn UNE 21186 – 96 Sản phẩm đã được kiểm nghiệm với phiếu kiểm nghiệm số 200307350357– A từ Trung tâm thí nghiệm kỹ thuật điện tử (L.C.O.E) Tây Ban Nha.
Ba Nha cấp Hệ thống chống sét NLP 2200 gồm 4 bộ phận chính:
Thiết bị thu sét chủ động phát xạ sớm (ESE) có phạm vi bảo vệ rộng
Cáp thoát sét là cáp đồng bện nhiều sợi có khả năng cao để dẫn và thoát năng lƣợng xung sét xuống hệ thống tiếp đất
Hệ thống tiếp đất với trở kháng thấp đạt tiêu chuẩn điện trở tiếp đất phù hợp với hầu hết các loại đất ở Việt Nam Phương pháp này sử dụng cọc thép bọc đồng kết hợp với hỗn hợp hóa chất giảm điện trở suất GEM Chất keo dẫn điện này có khả năng tồn tại bền vững, không bị nước ngầm làm trôi rửa, đảm bảo điện trở tiếp đất ổn định trong nhiều năm.
Bộ đếm sét là thiết bị quan trọng dùng để kiểm tra và đánh giá hiệu quả hoạt động của kim thu sét, được lắp dưới chân cột đèn chiếu sáng để theo dõi hệ thống chống sét mà không cần nguồn điện Thiết bị này tự động kích hoạt khi có dòng xung sét từ 250A đến 100kA, giúp thống kê số lần sét đánh tại khu vực lắp đặt Nhờ đó, người quản lý có thể đánh giá mức độ và tần suất hoạt động của dòng sét, từ đó đưa ra các giải pháp bảo vệ phù hợp.
5.3.3 Nguyên tắc hoạt động Đầu thu sét NLP 2200 nhận năng lƣợng cần thiết trong khí quyển để tích trữ các điện tích trong bầu hình trụ NLP 2200 sẽ thu năng lượng từ vùng điện trường xung quanh trong thời gian giông bão khoảng từ 10 – 10000 v/m Đường dẫn chủ động bắt đầu ngay
53 khi điện trường xung quanh vượt quá giá trị cực đại để đảm bảo nguy cơ sét đánh là nhỏ nhất
Thiết bị ion hóa phát ra tín hiệu điện cao thế với biên độ và tần số nhất định, tạo ra đường dẫn sét chủ động liên tục Bằng cách điều khiển sự giải phóng ion đúng thời điểm, thiết bị cho phép ion phát ra trong khoảng thời gian ngắn và tại thời điểm đặc biệt, chỉ vài phần dây trước khi xảy ra phóng điện sét, đảm bảo dẫn sét một cách kịp thời, chính xác và an toàn.
NLP 2200 là thiết bị chủ động không cần nguồn điện, hoạt động hoàn toàn yên tĩnh và chỉ tác động trong vài giây trước khi sét đánh xuống, đồng thời có hiệu quả lâu dài.
5.3.4 So sánh với hệ thống chống sét cổ điển
Stt Đặc tính Hệ thống đầu thu sét công nghệ tiên tiến CPT series
1 Thiết kế CPT series đƣợc thiết kế đặc biệt để giảm thiểu thời gian thực phát tia tiên đạo khi có sét
Sử dụng công nghệ hiện đại, thiết bị điện tử trong kim thu sét có khả năng thu hút và bắt giữ tia sét từ xa, bảo vệ hiệu quả khỏi những cơn giông bão.
3 Cấu tạo và lắp đặt
Mỗi công trình thường chỉ cần một thiết bị thu sét CPT, phù hợp cho nhiều loại hình như trụ sở, văn phòng làm việc, khách sạn, trung tâm thương mại, kho bạc, chung cư cao tầng, và cột thu phát viễn thông – truyền hình.
-Tạo cho kiến trúc công trình có thẩm mỹ
-Dễ dàng lắp đặt trong thời gian ngắn, không gây thấm dột mái sau này khi đƣa công trình vào sử dụng
Độ an toàn của hệ thống rất cao nhờ vào vùng bảo vệ rộng lớn, với bán kính bảo vệ dao động từ 42m đến 107m Hệ thống này không chỉ bảo vệ khu vực lân cận mà còn có khả năng chống lại sét đánh tạt và đánh xuyên.
Hệ thống chống sét đánh trực tiếp rất hiệu quả cho các tòa nhà cao tầng, kho bạc, ngân hàng, trạm viễn thông, khách sạn, đài phát sóng, kho xăng dầu, khí đốt, khu công nghiệp và khu chế xuất.
- Những nơi đƣợc trang bị các thiết bị điện, điện tử máy móc hiện đại có gái trị lớn, trung tâm công nghệ thông tin, các kho chứa tiền…
Bán kính bảo vệ R p của đầu thu sét đƣợc tính theo tiêu chuẩn an toàn quốc gia Pháp NFC17 – 102 năm 1995 và tiêu chuẩn chống sét Tây Ba Nha UNE 21186 – 96
5.3.6 Kết cấu thu sét NLP 2200
Bảng 5.1 Bảng tra bán kính chống sét của kim NLP 2200
- Thiết bị thu sét NLP 2200 là một khối bằng thép không gỉ siêu bền Kết cấu NLP
Thiết bị 2200 được kết nối với bộ ghép nối bằng Inox và chân trụ đỡ trên cột tiếp sóng, giúp nó chịu được mọi điều kiện thời tiết khắc nghiệt Thiết bị thu sét được lắp đặt ở vị trí cao nhất của công trình, với bán kính bảo vệ được tính toán theo công thức nhất định.
+ R p :Bán kính bảo vệ mặt phẳng ngang tính từ chân đặt NLP 2200
+ H :Chiều cao đầu thu sét NLP 2200 ở trên bề mặt đƣợc bảo vệ
+ D :Chiều cao ảo tăng thêm khi chủ động phát xung theo tiêu chuẩn cấp bảo vệ dựa vào tiêu chuẩn NFC 17 – 102/1995
Thay vào công thức trên:
+ 10 6 x (Đường dẫn sét chủ động)
Cáp dẫn sét
Cáp đồng bện dẫn sét được thiết kế với diện tích ngang 70 mm², đảm bảo khả năng dẫn sét nhanh chóng và an toàn cho công trình Mỗi 1.5m, cáp sẽ có một bộ kẹp định vị thoát sét, giúp tăng cường hiệu quả trong việc bảo vệ công trình khỏi các tác động của sét.
Hệ thống nối đất chống sét và nối đất an toàn điện
5.5.1 Hệ thống nối đất chống sét
Cọc thép bọc đồng tiếp đất, băng đồng liên kết và phụ kiện đầu nối được thiết kế theo hệ thống nối đất với nhiều điện cực giúp tản năng lượng sét an toàn và nhanh chóng Cọc tiếp đất dài 2.4m được chôn cách nhau 3m, liên kết bằng cáp đồng trần 70 Đầu cọc được chôn sâu 0.8m và cáp đồng được đặt trong các rãnh sâu 0.5m và 1.1m Việc kết nối giữa cọc đồng, cáp đồng tản sét và cáp đồng thoát sét sử dụng bộ kẹp đặc chủng theo tiêu chuẩn TCXDVN 46:2007 của Bộ Xây dựng, đảm bảo tải dòng điện hiệu quả nhờ khả năng tiếp xúc cao, từ đó tăng độ bền và tuổi thọ của hệ thống mà không cần bảo dưỡng định kỳ.
56 nối đất như trong các hệ thống cũ trước đây Điện trở nối đất chống sét 10 tuân theo tiêu chuẩn TCXDVN 46 : 2007 của Bộ Xây Dựng
Hóa chất GEM giúp giảm điện trở suất đất, tăng cường liên kết giữa phần kim loại và đất, đồng thời ổn định đất theo mùa Sản phẩm này thường được áp dụng tại các điện cực tiếp đất và dọc theo băng đồng tiếp đất.
Hộp kiểm tra tiếp địa chỗ nối đất là thiết bị quan trọng để theo dõi và kiểm tra định kỳ giá trị điện trở nối đất Việc kiểm tra này nên được thực hiện hàng tháng, hàng quý và hàng năm để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong hệ thống điện.
5.5.2 Hệ thống nối đất an toàn điện
Hệ thống nối đất chống sét bao gồm cọc thép bọc đồng và các phụ kiện đầu nối, được bố trí thành một mạng lưới điện cực trong nhà Hệ thống này có tác dụng tản năng lượng sét một cách an toàn và nhanh chóng xuống đất.
Cọc nối đất bằng thép bọc đồng dài 2.4m được chôn cách nhau 3m và liên kết bằng cáp đồng trần 70 Đầu trên của cọc được đóng sâu 0.8m dưới mặt đất, trong khi cáp đồng trần thoát sét được đặt trong các rãnh sâu 0.5m và 1.1m Liên kết giữa cọc đồng và cáp thoát sét tuân theo tiêu chuẩn TCVN 4756 – 86, đảm bảo an toàn điện và hiệu quả tải dòng điện nhờ khả năng tiếp xúc cao Hệ thống này có độ bền và tuổi thọ cao, không cần bảo dưỡng định kỳ như các hệ thống cũ, với điện trở an toàn đạt 4 Ω.
Hóa chất GEM giúp giảm điện trở suất của đất, tăng cường liên kết giữa kim loại và đất, đồng thời ổn định đất theo mùa Chất này thường được sử dụng trong các điện cực tiếp đất và dọc theo băng đồng tiếp đất.
