TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BÀI TẬP LỚN Học Phần Thiết kế hệ thống cung cấp điện Đề tài Thiết kế cung cấp điện cho một nhà biệt thự Giáo viên hướng dẫn Phạm Trung Hiếu Sinh viên Đỗ Minh Chiến Mã sinh viên 2019604869 Hà Nội, 2022 1 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN 4 1 1 Khái quát chung 4 Chương 2 NỘI DUNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO NGÔI NHÀ 3 TẦNG 1 TUM 6 2 1 MÔ TẢ CHI TIẾT NHIỆM VỤ ĐƯỢC GIAO 6 2 2 TRÌNH BÀY CHI TIẾT VỀ NỘI DUNG.
TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN
Khái quát chung
Phụ tải tính toán là phụ tải giả định lâu dài, không đổi, tương đương với hiệu quả phát nhiệt và mức độ hủy hoại cách điện của phụ tải thực tế Việc lựa chọn thiết bị dựa trên phụ tải tính toán sẽ giúp đảm bảo an toàn cho thiết bị, vì nó sẽ đốt nóng thiết bị đến nhiệt độ tương tự như phụ tải thực tế gây ra.
Phụ tải tính toán là yếu tố quan trọng trong việc lựa chọn và kiểm tra các thiết bị trong hệ thống cung cấp điện, bao gồm máy biến áp, dây dẫn, thiết bị đóng cắt và bảo vệ.
Tính toán tổn thất công suất, điện năng, điện áp và lựa chọn dung lượng bù công suất phản kháng là những yếu tố quan trọng trong việc xác định phụ tải tính toán Phụ tải này phụ thuộc vào công suất, số lượng, chế độ làm việc của thiết bị điện, cũng như trình độ và phương thức vận hành hệ thống Việc xác định chính xác phụ tải tính toán là nhiệm vụ khó khăn nhưng cần thiết, vì nếu phụ tải tính toán nhỏ hơn thực tế, sẽ làm giảm tuổi thọ thiết bị và có nguy cơ gây ra sự cố cháy nổ Ngược lại, nếu phụ tải tính toán lớn hơn thực tế, sẽ dẫn đến lãng phí tài nguyên.
Do tính chất quan trọng của phụ tải điện, nhiều nghiên cứu và phương pháp tính toán đã được phát triển Tuy nhiên, do phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chưa có phương pháp nào hoàn toàn chính xác và tiện lợi Các phương pháp đơn giản thường thiếu độ chính xác, trong khi những phương pháp phức tạp hơn lại khó khăn trong việc áp dụng.
Sau đây là những phương pháp tính toán phụ tải thường dùng nhất trong thiết kế hệ thống cung cấp điện:
Phương pháp tính theo hệ số nhu cầu Knc
Phương pháp tính theo công suất trung bình
Phương pháp tính theo công suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm W0.
Phương pháp theo công suất phụ tải trên từng đơn vị diện tích sản xuất P0.
Phương pháp tính theo hệ số đồng thời Kđt.
Phương pháp tính theo số thiết bị hiệu quả
Tùy thuộc vào quy mô sản xuất và đặc điểm công trình, việc lựa chọn phương pháp tính toán phụ tải điện phù hợp sẽ được thực hiện theo từng giai đoạn thiết kế hoặc kỹ thuật.
NỘI DUNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO NGÔI NHÀ 3 TẦNG 1 TUM
TRÌNH BÀY CHI TIẾT VỀ NỘI DUNG CÁC CÔNG VIỆC THỰC HIỆN 6
2.2.1 Yêu cầu, đặc điểm của hệ thống cung cấp điện sinh hoạt a.Yêu cầu:
Khi thiết kế hệ thống cung cấp điện cho sinh hoạt, bao gồm chiếu sáng và các thiết bị điện khác, cần đảm bảo đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và an toàn.
- An toàn điện, bảo vệ mạch điện kịp thời tránh gây hoả hoạn
- Dễ sử dụng điều khiển và kiểm soát , dễ sửa chữa
- Đạt yêu cầu về kỹ thuật và mỹ thuật
- Việc đảm bảo độ tin cậy cấp điện là không yêu cầu cao vì thuộc hộ tiêu thụ loại
Để đảm bảo chất lượng điện năng, độ lệch về dao động điện áp cần phải được giữ ở mức thấp nhất và nằm trong phạm vi cho phép Đối với mạng chiếu sáng, độ lệch điện áp cho phép là 2.5%.
Khi thiết kế hệ thống cung cấp điện cho các hộ gia đình, cần lưu ý đến việc tính toán đường dây trục chính với khả năng dư thừa, nhằm đảm bảo có thể đáp ứng được nhu cầu phụ tải tăng lên trong tương lai.
-Đảm bảo độ an toàn điện bằng các khí cụ điện đóng cắt và bảo vệ như aptomat, cầu chì, cầu dao, công tắc… b.Đặc điểm
- Hệ thống cung cấp điện sinh hoạt thuộc loại cung cấp điện cho hộ tiêu thụ loại
Có ba loại hộ cho phép mức độ tin cậy điện thấp, cho phép mất điện trong quá trình sửa chữa và thay thế thiết bị sự cố, nhưng thời gian mất điện không được vượt quá 1 ngày đêm Các hộ này bao gồm khu nhà ở, nhà kho và trường học.
- Để cung cấp cho mạng điện sinh hoạt ta có thể dùng một nguồn điện hoặc đường dây 1 lộ
Mạng điện sinh hoạt là hệ thống một pha lấy điện từ mạng phân phối ba pha với điện áp thấp, nhằm cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện và hệ thống chiếu sáng.
Mạng điện sinh hoạt thường có điện áp pha định mức là 380/220V hoặc 220/127V Tuy nhiên, do tổn thất điện áp trên đường dây, điện áp ở cuối nguồn thường bị giảm Để khắc phục tình trạng này, các hộ tiêu thụ thường sử dụng máy biến áp điều chỉnh nhằm nâng điện áp về mức định mức.
Mạng điện sinh hoạt bao gồm mạch chính và mạch nhánh, trong đó mạch chính đóng vai trò cung cấp điện, còn mạch nhánh được kết nối song song với mạch chính để đảm bảo khả năng điều khiển độc lập và phân phối điện tới các thiết bị điện.
- Với hệ thống cung cấp điện cho sinh hoạt chiếu sáng được cấp chung với mạng điện cấp cho các phụ tải khác
- Mạng điện sinh hoạt cần có các thiết bị đo lường điều khiển, bảo vệ như công tơ điện, cầu dao, aptomat, cầu chì, công tắc…
- Mạng điện sinh hoạt thường có các phương thức phân phối điện sau:
2.2.2 Sơ đồ tổng thể của ngôi nhà
2.2.3 Đặc điểm của căn hộ:
Căn hộ có 3 tầng 1 tum:
+ Tầng 1 bao gồm phòng khách, 1 phòng bếp,1 gara oto, 1nhà tắm + vệ sinh + Tầng 2 bao gồm 3 phòng ngủ, 1 học, 3 nhà tắm + vệ sinh
+ Tầng 3 bao gồm 1 phòng ngủ, 1 phòng giải trí, 1 phòng thờ, 1 nhà tắm + vệ sinh
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG CĂN HỘ
2.3.1 Tính toán phụ tải và lựa chọn tiết diện dây cho từng phòng a Tính toán phụ tải cho phòng khách
Bảng số liệu các thiết bị tính toán
P(W) Ksd Cos Đèn huỳnh ϕ quang
Quạt treo tường 1 60 0.8 0.7 Đèn chùm 1 75 1 1 Đèn trang trí 3 15 1 1 Đèn Compact 1 18 1 1
Ti Vi 1 100 0.8 0.85 Đầu DVD 1 70 0.8 0.7 Âm li 1 250 0.8 0.8
Tiểu cảnh 1 10 0.8 1 Ổ cắm 7 300 0.8 0.85 Điều Hòa 1 1500 0.8 0.8
Tổng công suất của nhóm thiết bị là : ΣPn@*4+60*1+1*75+15*3+18*1+100*1+70*1 +250*1+60*1+10*1+300*7 +1500*1= 4448(W)
Công suất định mức lớn nhất : Pđm max = 1500 (W)
Số thiết bị có công suất Pđm ≥750 (w)là n1 = 1 ΣP1 = 1500W
Số thiết bị của nhóm là : n = 23
4448= 0,34 Tra bảng Giáo trình cung cấp trang 232 bảng1.5 ta được n *hq = 0,27
Số thiết bị hiệu quả là : n hq = n *hq* n = 0,27*23 = 6,21(thiết bị )
Hệ số sử dụng là:
Hệ số nhu cầu là :
√6 = 0,89 Phụ tải tính toán của phòng là:
- Tính tiết diện dây cho phòng khách
- Chọn phương pháp tính tiết diện dây theo điều kiện phát nóng
Công suất biểu kiến của phòng là :
Công suất phản kháng của phòng:
Dòng điện thực tế trong dây dẫn là :
Do sự vận hành đồng thời của tất cả các tải trong lưới điện không bao giờ xảy ra, chúng ta sẽ sử dụng hệ số đồng thời để đánh giá phụ tải, với giá trị Kdt là 0.7.
Tra Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện, ta chọn dây lõi đồng mềm nhiều sợi chế tạo tiết diện 4mm2 có Icp = 38A
Khi đi dây trong ống chứa 2 dây phải nhân với hệ số giảm thiểu dòng điện K=0.7
Tra bảng trang 143 sách hướng dẫn thực hành thiết kế lắp đặt điện nhà.Vậy dòng điện cho phép tải trong dây :
Suy ra Icp > Itt (thoả mãn điều kiện chọn )
Vậy chọn tiết diện dây đi trong phòng khách là : 4mm2 b Tính toán phụ tải cho nhà bếp
Bảng số liệu các thiết bị tính toán:
Tên thiết bị n (số lượng ) P (W ) Ksd cos ϕ
Quạt trần 1 100 0.8 0.7 Đèn huỳnh 5 quang
Tổng công suất của nhóm thiết bị là : ΣPn = 100+2.40+100+1200+250+500+800+300.5 = 4530 (W)
Công suất định mức lớn nhất : Pđm max = 300 (W) 1
Số thiết bị có công suất Pđm ≥150 (w)là n1 = 9 ΣP1 = 4250 W
Tổng số thiết bị của nhóm là : n = 13 n * n1
Tra bảng Giáo trình cung cấp trang 232 bảng1.5 ta được n *hq = 0,73
Số thiết bị hiệu quả là : n hq = n *hq* n = 0,73* 13 = 9.49(thiết bị )
Hệ số sử dụng là:
Hệ số nhu cầu là :
√9 = 0,87 Phụ tải tính toán của phòng là:
- Tính tiết diện dây cho nhà bếp
+ Chọn tiết diện dây từ công tắc tới quạt trần và bóng đèn
Chọn thông số của quạt trần để tính: P = 100W, cos𝜑 = 0.75, Uđm = 220V
Vì dây đi trong nhà nên chọn K= Kn = 1
Tra sách Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện, ta chọn dây đôi mềm tròn có tiết diện (2 0.75)mm2, dòng điện phụ tải 7A
Khi đi dây trong ống chứa 2 dây phải nhân với hệ số giảm thiểu dòng điện K=0.7 (Tra bảng Sách hướng dẫn thực hành thiết kế lắp đặt điện nhà)
Vậy dòng điện cho phép tải trong dây:
Vì Icp > Itt (thoả mãn điều kiện chọn)
+Chọn tiết diện dây tới các ổ cắm
Chọn phương pháp tính tiết diện dây theo điều kiện phát nóng:
Công suất biểu kiến của phòng là :
Công suất phản kháng của phòng:
Dòng điện thực tế trong dây dẫn là :
Trong lưới điện, việc tất cả các tải hoạt động đồng thời là điều không thể xảy ra Do đó, để đánh giá phụ tải, chúng ta sử dụng hệ số đồng thời, với giá trị Kdt được chọn là 0.8.
Tra Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện, ta chọn dây lõi đồng nhiều sợi do Trần Phú chế tạo tiết diện 2.5mm2 có Icp = 25A
Khi lắp đặt dây điện trong ống chứa hai dây, cần nhân dòng điện với hệ số giảm thiểu K = 0.7 theo hướng dẫn trong sách thiết kế lắp đặt điện nhà (trang 143).
Vậy dòng điện cho phép tải trong dây:
Suy ra Icp > Itt (thoả mãn điều kiện chọn )
Vậy chọn tiết diện dây đi trong nhà bếp là : 2.5 mm 2 c Tính toán phụ tải cho phòng ngủ
Bảng số liệu các thiết bị tính toán
Số lượng Công suất(w) ksd cosϕ
Tổng công suất của cả nhóm : ΣPn = 2.40+15+1500+4.300= 2795(W)
Công suất định mức lớn nhất : Pđm max = 1500 (W)
Số thiết bị có công suất Pđm ≥750 (w)là n1 = 1 ΣP1 = 1500W
Số thiết bị của nhóm là : n = 8
2795= 0,54 Tra bảng Giáo trình cung cấp trang 232 bảng1.5 ta được n *hq = 0,47
Số thiết bị hiệu quả là : n hq = n *hq* n = 0,47* 8 = 3,76thiết bị )
Hệ số sử dụng là:
Hệ số nhu cầu là :
Phụ tải tính toán của phòng là:
- Tính tiết diện dây cho phòng ngủ
- Chọn phương pháp tính tiết diện dây theo điều kiện phát nóng
Công suất biểu kiến của phòng là :
Công suất phản kháng của phòng:
Dòng điện thực tế trong dây dẫn là :
Do sự vận hành đồng thời của tất cả các tải trong một lưới điện không bao giờ xảy ra, chúng ta sẽ sử dụng hệ số đồng thời để đánh giá phụ tải, với giá trị Kdt = 0.8.
Trong bảng Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện, chúng tôi đã chọn dây lõi đồng mềm nhiều sợi với tiết diện 2.5mm² do Trần Phú sản xuất, có khả năng chịu dòng điện Icp = 25A.
Khi đi dây trong ống chứa 2 dây phải nhân với hệ số giảm thiểu dòng điện K=0.7
Tra bảng sách hướng dẫn thực hành thiết kế lắp đặt điện nhà.Vậy dòng điện cho phép tải trong dây :
Suy ra Icp > Itt (thoả mãn điều kiện chọn )
Vậy chọn tiết diện dây đi trong phòng khách là : 2.5mm 2 d Tính toán phụ tải cho phòng tắm
Bảng số liệu các thiết bị tính toán
Số lượng Công suất(w) ksd cosϕ Bóng huỳnh quang
0.8 0.85 Tổng công suất của nhóm thiết bị là : ΣPn@+2000= 2040(W)
Công suất định mức lớn nhất : Pđm max = 2000 (W)
Số thiết bị có công suất Pđm ≥1000 (w)là n1 = 1 ΣP1 = 2000W
Số thiết bị của nhóm là : n = 2
2040= 0,98 Tra bảng Giáo trình cung cấp trang 232 bảng1.5 ta được n *hq = 0,74
Số thiết bị hiệu quả là : n hq = n *hq* n = 0,74* 2 = 1,48(thiết bị )
Hệ số sử dụng là:
Hệ số nhu cầu là :
√6 = 0,89 Phụ tải tính toán của phòng là:
- Tính tiết diện dây cho phòng tắm
- Chọn phương pháp tính tiết diện dây theo điều kiện phát nóng
2040 = 0,85 Công suất biểu kiến của phòng là :
Công suất phản kháng của phòng:
Dòng điện thực tế trong dây dẫn là :
Do sự vận hành đồng thời của tất cả các tải trong lưới điện không bao giờ xảy ra, chúng ta sẽ sử dụng hệ số đồng thời để đánh giá phụ tải, với giá trị Kdt là 0.7.
Trong bảng Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện, chúng ta lựa chọn dây lõi đồng mềm nhiều sợi với tiết diện 2.5mm² do Trần Phú sản xuất, có dòng điện định mức Icp = 25A.
Khi đi dây trong ống chứa 2 dây phải nhân với hệ số giảm thiểu dòng điện K=0.7
Tra bảng sách hướng dẫn thực hành thiết kế lắp đặt điện nhà.Vậy dòng điện cho phép tải trong dây :
Suy ra Icp > Itt (thoả mãn điều kiện chọn )
Vậy chọn tiết diện dây đi trong phòng khách là : 2.5mm 2
2.3.2 Tính toán phụ tải của từng tầng a Tầng 1 bao gồm phòng khách, 1 phòng bếp,1 gara oto, 1nhà tắm + vệ sinh
Phụ tải tính toán là:
P tt1 958,72+3941+163231,72(W) b Tầng 2 bao gồm 3 phòng ngủ, 1 học, 3 nhà tắm + vệ sinh
P tt2 12,43.3+1632.333,29(W) c Tầng 3 bao gồm 1 phòng ngủ, 1 phòng giải trí, 1 phòng thờ, 1 nhà tắm + vệ sinh
2.3.3 Tính toán phụ tải của cả nhà
Lựa chọn at-to-mat
At-mo-mat là thiết bị đóng cắt hạ áp có chức năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch
At-to-mat có nhiều ưu điểm vượt trội so với cầu chì, bao gồm khả năng làm việc an toàn, tin cậy và chắc chắn, cùng với khả năng đóng cắt đồng thời 3 pha và tự động hóa cao Mặc dù giá thành của at-to-mat cao hơn cầu chì, nhưng sản phẩm này ngày càng được ưa chuộng trong lưới điện hạ áp công nghiệp, dịch vụ và cả lưới điện sinh hoạt.
At-to-mat được chế tạo với điện áp khác nhau: 400V, 500V, 600V
Người ta cũng chế tạo at-to-mat 1 pha, 2 pha, 3 pha với số cực khác nhau: 1 cực,
Cách chọn at-to-mat như sau:
Stt Đại lượng lựa chọn và kiểm tra Ký hiệu Công thức để chọn và kiểm tra
1 Điện áp định mức (V) UđmA UđmA≥Uđm mạng
2 Dòng điện định mức (A) IđmA IđmA≥Ilvmax
3 Dòng điện cắt định mức (kA) ICđmA ICđmA≥In
4 Công suất cắt định mức at-to-mat
Trong bài này, ta chọn at-to-mat theo phương pháp dòng điện định mức
Chọn at-to-mat do hãng mitsubishi chế tạo Áp dụng chọn at-to-mat
- Chọn at-to-mat cho điều hòa :
chọn MCB NF32-SV 10A do hãng Mitsubishi sản suất
Stt Tên thiết bị Công suất
(I) At-to-mat Số lượng
2 Bình nóng lạnh 2000 12,6 MCB Mitsubishi
TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
Khái niệm chung
Ngắn mạch là sự cố trong hệ thống điện, xảy ra khi có hiện tượng chạm chập giữa các pha, không thuộc chế độ làm việc bình thường.
Trong hệ thống điện có trung tính nối đất, khi một pha hoặc nhiều pha chạm chập với đất hoặc dây trung tính, hiện tượng này được gọi là ngắn mạch.
- Cách điện của các thiết bị già cỗi, hư hỏng
- Các ngẫu nhiên khác, thao tác nhầm hoặc do được dự tính trước
Dòng ngắn mạch lớn hơn nhiều so với dòng định mức có thể khiến các phần tử bị quá nhiệt, ngay cả khi chỉ trong thời gian ngắn.
- Tăng lực điện động: ứng lực điện từ giữa các dây dẫn có giá trị lớn ở thời gian đầu của ngắn mạch có thể phá hỏng thiết bị
Điện áp giảm và mất đối xứng có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến phụ tải, khi điện áp giảm từ 30 đến 40% chỉ trong một giây, điều này có thể khiến động cơ điện ngừng quay, dẫn đến gián đoạn sản xuất và thậm chí làm hỏng sản phẩm.
- Gây nhiễu đối với đường dây thông tin ở gần do dòng thứ tự không sinh ra khi ngắn mạch chạm đất
Khi không thực hiện cách ly kịp thời phần tử bị ngắn mạch, hệ thống có thể trở nên mất ổn định và dẫn đến sự tan rã, đây là hậu quả nghiêm trọng nhất.
Khi thiết kế và vận hành hệ thống điện, việc thực hiện các tính toán sơ bộ là rất quan trọng để giải quyết nhiều vấn đề kỹ thuật, trong đó tính toán ngắn mạch đóng vai trò thiết yếu.
Tính toán ngắn mạch là quá trình xác định dòng và áp lực tại các điểm hoặc nhánh trong sơ đồ điện khi xảy ra sự cố ngắn mạch Tùy thuộc vào mục đích, các đại lượng này có thể được tính toán tại một thời điểm cụ thể hoặc theo diễn biến trong suốt quá trình quá độ Những tính toán này là cần thiết để giải quyết nhiều vấn đề liên quan đến an toàn và hiệu suất của hệ thống điện.
▪ So sánh, đánh giá, chọn lựa sơ đồ nối điện
▪ Chọn các khí cụ, dây dẫn, thiết bị điện
▪ Thiết kế và chỉnh định các loại bảo vệ
▪ Nghiên cứu phụ tải, phân tích sự cố, xác định phân bố dòng
Trong hệ thống điện phức tạp, việc tính toán ngắn mạch chính xác gặp nhiều khó khăn Do đó, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể, các phương pháp thực nghiệm và gần đúng thường được áp dụng để thực hiện tính toán ngắn mạch trong các điều kiện khác nhau.
Để chọn máy cắt điện phù hợp, cần xác định dòng ngắn mạch lớn nhất có thể xảy ra trong điều kiện làm việc của nó Giả thiết rằng ngắn mạch xảy ra khi hệ thống điện có số lượng máy phát hoạt động tối đa, và dạng ngắn mạch gây ra dòng lớn nhất là ngắn mạch trực tiếp, xảy ra ngay tại đầu cực máy cắt.
Để giải quyết vấn đề chọn lựa và điều chỉnh thiết bị bảo vệ, cần xác định dòng ngắn mạch nhỏ nhất Điều này đòi hỏi phải áp dụng các điều kiện tính toán khác biệt so với những điều kiện đã nêu trước đó.
TÍNH TOÁN SỤT ÁP
Tính toán sụt áp
Tổng trở của đường dây, dù nhỏ, không thể bị xem nhẹ vì khi mang tải, luôn xảy ra sụt áp giữa đầu và cuối đường dây Hiệu suất hoạt động của các tải như động cơ và hệ thống chiếu sáng phụ thuộc nhiều vào điện áp đầu vào, yêu cầu phải gần với giá trị định mức Do đó, việc lựa chọn kích thước dây dẫn là rất quan trọng để đảm bảo rằng khi mang tải lớn nhất, điện áp tại điểm cuối vẫn nằm trong phạm vi cho phép.
Xác định độ sụt áp là cần thiết để đảm bảo rằng nó chấp nhận được và đáp ứng các yêu cầu vận hành Độ sụt áp tối đa cho phép có thể khác nhau tùy theo từng quốc gia Các giá trị điển hình cho lưới điện hạ áp sẽ được trình bày trong bảng dưới đây, với độ sụt áp tối đa cho phép từ điểm kết nối vào lưới đến nơi sử dụng điện.
Chiếu sáng Các loại tải khác
Từ trạm hạ áp công cộng 3% 5%
Trạm khách hàng được nối từ lưới trung áp công cộng
Các sụt áp giới hạn chỉ áp dụng trong các chế độ vận hành bình thường và không nên sử dụng khi khởi động động cơ hoặc khi đóng cắt nhiều tải cùng lúc Khi sụt áp vượt quá mức cho phép, cần phải sử dụng dây có tiết diện lớn hơn Nếu sụt áp đạt 8%, sẽ gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng cho động cơ.
5% xung quanh giá trị định mức của nó ở trạng thái ổn định tĩnh; Nói chung sự vận hành động cơ đòi hỏi điện áp dao động
Dòng khởi động của động cơ có thể cao gấp 5-7 lần so với dòng làm việc lớn nhất Nếu sụt áp đạt 8% khi động cơ hoạt động ở tải đầy, thì sụt áp có thể lên đến 40% hoặc hơn trong quá trình khởi động Tình trạng này ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của động cơ.
Đứng yên (do mô men điện từ không vượt quá mô men tải) và làm cho động cơ quá nóng
Tăng tốc độ chậm do vậy dòng tải rất lớn (gây giảm áp trên các thiết bị khác) sẽ tiếp tục tồn tại trong thời gian khởi động
Sụt áp 8% sẽ gây tổn thất công suất đáng kể nhất là cho các tải làm việc liên tục Chia hệ thống ra làm 2 cấp lần lượt là: ∆U1; ∆U2
TÍNH TOÁN CHỐNG SÉT
Một số tác hại của sét
▪ Gây cháy nổ hư hại công trình
▪ Phá hủy thiết bị, các phương tiện thông tin liên lạc
▪ Gây nhiễu loạn hay ngưng vận hành hệ thống
▪ Mất dữ liệu hay hư dữ liệu
▪ Ngừng các dịch vụ gây tổn thất kinh tế và các tổn thất khác
Các hình thức sét đánh
- Sét đánh thẳng vào vị trí nạn nhân từ trên đám mây xuống Khi nạn nhân đứng cạnh vật bị sét đánh
Sét có khả năng phóng qua khoảng cách không khí giữa người và vật, hiện tượng này được gọi là sét đánh tạt ngang Khi nạn nhân tiếp xúc với vật bị sét đánh, họ có thể bị ảnh hưởng bởi điện thế bước.
Khi sét đánh, nó có thể lan truyền trên mặt đất tại một số điểm tiếp xúc Hiện tượng này cho phép sét di chuyển qua các đường dây cáp, gây nguy hiểm cho các thiết bị điện tử như điện thoại, tivi và ổ cắm điện.
Những nguyên tắc trong thiết lập hệ thống chống sét
- Hệ thống bảo vệ một tòa nhà chống lại những ảnh hưởng của sét phải bao gồm:
▪ Bảo vệ các cấu trúc khỏi bị sét đánh trực tiếp
▪ Bảo vệ các hệ thống điện khỏi bị sét trực tiếp và gián tiếp
Nguyên tắc cơ bản trong việc bảo vệ thiết bị điện tử nhạy cảm khỏi nguy cơ sét đánh là ngăn chặn năng lượng của sét tác động đến chúng Để thực hiện điều này, hệ thống chống sét cần phải được thiết kế một cách hiệu quả và đồng bộ.
Để đảm bảo an toàn cho thiết bị điện tử nhạy cảm, cần xác định dòng sét và các kênh mà tia sét có khả năng đi qua để phóng xuống đất Việc này giúp tránh những khu vực lân cận có nguy cơ cao bị ảnh hưởng bởi sét.
▪ Thực hiện liên kết đẳng thế của tiến trình thiết lập hệ thống chống sét
Liên kết đẳng thế là quá trình kết nối các hệ thống tiếp đất, giúp đảm bảo an toàn cho thiết bị Thiết bị van đẳng thế thường bao gồm các thiết bị chống sụt áp (SPDs) hoặc ống phóng khí gas (Spark gaps), đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ hệ thống điện khỏi các hiện tượng quá áp.
Để giảm thiểu tác động từ các ảnh hưởng gián tiếp, việc cài đặt các thiết bị bảo vệ như SPD hoặc bộ lọc là cần thiết Hai hệ thống bảo vệ chính được áp dụng để loại bỏ hoặc giới hạn quá áp là hệ thống bảo vệ tòa nhà và hệ thống chống sét trực tiếp.
(đối với bên ngoài của tòa nhà) và hệ thống bảo vệ các thiết bị điện (đối với bên trong tòa nhà)
- Xây dựng hệ thống bảo vệ tòa nhà
Vai trò của hệ thống bảo vệ tòa nhà là để chống sét trực tiếp hệ thống này bao gồm:
▪ Thiết bị bắt sét (VD: kim thu sét): hệ thống chống sét
▪ Dây dẫn được thiết kế để truyền sét xuống đất
▪ Hệ thống tiếp địa "chim chân" kết nối với nhau
▪ Liên kết giữa tất cả các khung kim loại (bằng liên kết van đẳng thế) với điểm tiếp đất
Khi có dòng sét chạy qua dây thoát sét, sự khác biệt điện áp giữa dây dẫn và các hệ thống kết nối với điểm tiếp đất gần đó có thể dẫn đến hiện tượng phóng điện bề mặt.
Để bảo vệ nhà ở khỏi sét, chúng ta nên áp dụng phương án kỹ thuật thu sét tại một điểm Phương pháp này tạo ra một điểm chuẩn cho sét đánh vào, giúp ngăn chặn sét tấn công các khu vực khác trong vùng bảo vệ Nhờ đó, chúng ta có thể kiểm soát được đường dẫn của sét một cách hiệu quả.
Tính toán chống sét cho nhà biệt thự
Theo tiêu chuẩn IEC, vùng bảo vệ khi lắp đặt hệ thống thu sét được xác định bằng ba phương pháp chính: phương pháp hình nón, phương pháp quả cầu lăn và phương pháp lưới bảo vệ.
- Phương pháp hình nón: Ưu điểm là đơn giản nhưng không quan tâm đến các thông số quan trọng là biên độ dòng sét
Phương pháp quả cầu lăn có khả năng khắc phục những nhược điểm hiện có, tuy nhiên, nó lại cho rằng khả năng khởi tạo tiên đạo tại tất cả các điểm mà quả cầu tiếp xúc với cấu trúc là đồng nhất Để áp dụng phương pháp này, cần phải sử dụng một số lượng lớn các đầu.
Các cấu trúc cao như mặt đứng và ngang thường không chịu ảnh hưởng của sự gia tăng điện trường, dẫn đến việc thiết kế hệ thống theo phương án này có thể tốn kém Hơn nữa, thiết kế này có thể trở nên thừa thãi do có nhiều bằng chứng cho thấy mặt hông hiếm khi bị sét đánh.
⇨ Vì là nhà ở nên ta chọn phương pháp hình nón
- Theo phương pháp hình nón, vùng bảo vệ của kim Franklin được xác định như sau:
- Trường hợp có một kim
▪ Bán kính bảo vệ rx của kim Franklin được xác định theo biểu thức
ℎ) 𝑝 trong đó: h là chiều cao kim thu sét (m) hx là chiều cao công trình (m) p là hệ số hiệu chỉnh theo chiều cao kim thu sét p = 1 khi h ≤ 30m p = 5,5/√h khi 30m ≤ h ≤ 100m
- Trường hợp hai kim có độ cao như nhau thì phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét được xác định như sau :
14ℎ 𝑎 − 𝑎 Trong đó: rx được xác định theo biểu thức trên trường hợp 1 kim bx là bề ngang hẹp nhất của phạm vi bảo vệ ở độ cao hx
36 a là khoảng cách giữa 2 cột thu sét (m) ha là chiều cao hiệu dụng của cột thu sét (m), a ≤ 7ha Trường hợp có nhiều kim được xác định theo biểu thức:
D ≤ 8(h- hx).p Với D là đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác
5.5.2 Áp dụng tính toán chọn vùng bảo vệ cho biệt thự
- Biệt thự có chiều dài 18.25m, chiều rộng 15m, chiều cao 8.9m
- Áp dụng phương pháp chống sét bằng 2 kim đặt cách nhau 8m, cột thu sét cao 5m ta có:
5.5.3 Chọn dây dẫn sét xuống đất Để dẫn sét xuấng đất có thể dùng dây đồng trần, thanh đồng hay cáp thoát sét chống nhiễu Ericore Vì đây là nhà ở nên ta dùng dây đồng trần o Theo tiêu chuẩn IEC thì tiết diện dây dẫn sét tối thiểu không được nhỏ hơn 50 𝑚𝑚 2 , là nhà ở có độ cao nhỏ hơn 28m nên ta chọn luôn tiết diện dây dẫn sét bằng 50𝑚𝑚 2
TÍNH TOÁN BẢO VỆ NỐI ĐẤT
Cơ sở lý thuyết
Bảo vệ nối đất là một biện pháp an toàn cơ bản, đã được áp dụng từ lâu nhằm bảo vệ người sử dụng và thiết bị điện Biện pháp này bao gồm việc nối tất cả các phần kim loại của thiết bị điện hoặc kết cấu kim loại có khả năng xuất hiện điện áp khi cách điện bị hư hỏng với hệ thống nối đất.
Bảo vệ nối đất là biện pháp quan trọng nhằm đảm bảo an toàn cho người sử dụng khi tiếp xúc với thiết bị bị chạm vỏ Phương pháp này giúp giảm điện áp trên bề mặt thiết bị xuống mức an toàn, ngăn ngừa nguy cơ điện giật.
=> Chú ý: Ở đây ta hiểu chạm vỏ là hiện tượng một pha nào đó bị hỏng cách điện và có sự tiếp xúc điện với vỏ thiết bị
6.1.3 Các hình thức nối đất a Nối đất tập trung
- Là hình thức dùng một số cọc nối đất tập trung trong đất tại một chổ, một vùng nhất định phía ngoài vùng bảo vệ
Nhược điểm của nối đất tập trung là trong nhiều trường hợp, phương pháp này không thể giảm điện áp tiếp xúc và điện áp xuống mức an toàn cho con người Ngược lại, nối đất mạch vòng có thể là một giải pháp hiệu quả hơn trong việc đảm bảo an toàn điện.
Để khắc phục nhược điểm của nối đất tập trung, người ta áp dụng hình thức nối đất mạch vòng, sử dụng nhiều cọc đóng theo chu vi và có thể ở giữa khu vực đặt thiết bị điện Hình thức này mang lại hiệu quả cao trong việc bảo vệ nối đất.
Bảo vệ nối đất được áp dụng cho tất cả các thiết bị điện, bao gồm cả thiết bị có điện áp trên 1000V và dưới 1000V, tuy nhiên cách thức thực hiện sẽ khác nhau tùy vào từng trường hợp cụ thể.
Đối với thiết bị có điện áp lớn hơn 1000V, việc áp dụng bảo vệ nối đất là bắt buộc trong mọi tình huống, không phụ thuộc vào chế độ làm việc của trung tính và loại hình công trình.
Đối với thiết bị điện áp dưới 1000V, việc áp dụng bảo vệ nối đất phụ thuộc vào chế độ làm việc của trung tính Nếu trung tính được cách điện với đất, cần thiết phải có bảo vệ nối đất Ngược lại, khi trung tính được nối đất, biện pháp bảo vệ cần thay thế là bảo vệ nối dây trung tính.
6.1.4 4 Điện trở nối đất, điện trở suất của đất a Điện trở nối đất
- Điện trở nối đất hay điện trở của hệ thống nối đất bao gồm:
Điện trở tản của vật nối đất, hay chính xác hơn là điện trở tản của môi trường đất xung quanh điện cực, là chỉ số quan trọng phản ánh khả năng của đất trong việc dẫn điện Nó đại diện cho điện trở của đất đối với dòng điện khi điện tích di chuyển từ vật nối đất vào lòng đất.
▪ Điện trở của bản thân cực nối đất (điện cực nối đất)
▪ Điện trở của dây dẫn nối đất từ các thiết bị điện đến các vật nối đất
Điện trở nối đất chủ yếu đề cập đến điện trở tản của vật nối đất, vì vật liệu kim loại dùng để nối đất có điện dẫn lớn hơn nhiều so với điện dẫn của đất Do đó, điện trở bản thân của vật nối đất thường được xem nhẹ trong các tính toán.
- Điện trở của đất được xác định bằng công thức:
- Trong đó: Uđ là điện áp đo được trên vỏ thiết bị có nối đất khi chạm vỏ có dòng điện đi vào đất là Iđ
Điện trở của đất phụ thuộc chủ yếu vào điện trở suất của đất tại vị trí nối đất, ảnh hưởng đến dòng điện từ vật nối đất vào đất.
- Điện trở trở suất của đất (ρ) thường được tính bằng đơn vị Ω.m hay Ω.cm
Điện trở suất của đất có sự biến đổi đáng kể do thành phần phức tạp của nó Các yếu tố chính ảnh hưởng đến điện trở suất bao gồm: thành phần khoáng vật, độ ẩm, nhiệt độ và mức độ ô nhiễm.
▪ Thành phần của đất: Thành phần của đất khác nhau thì có điện trở suất khác nhau Đất chứa nhiều muối, axít thì có điện trở suất nhỏ
Độ ẩm là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến điện trở suất của đất Khi đất hoàn toàn khô, điện trở suất gần như vô cùng Từ mức độ ẩm 15% trở lên, tác động đến điện trở của đất trở nên không đáng kể Tuy nhiên, khi độ ẩm vượt quá 70-80%, điện trở của đất có thể tăng lên Điều này cho thấy rằng độ ẩm càng cao thì điện trở suất ρ càng giảm.
▪ Nhiệt độ: Khi nhiệt độ hạ xuống quá thấp sẽ làm cho đất như bị đông kết lại và do đó ρ tăng lên rất nhanh
▪ Độ nén của đất: Tức là đất có được nén chặt hay không, đất được nén chặt tức là mật độ lớn nên ρ của đất giảm
Điện trở suất của đất không phải là một trị số cố định mà thay đổi theo mùa, chủ yếu do ảnh hưởng của độ ẩm và nhiệt độ Sự thay đổi này tác động đến ρ của hệ thống nối đất Do đó, trong tính toán nối đất, cần sử dụng khái niệm điện trở suất tính toán của đất, được xác định là trị số lớn nhất trong năm, được biểu thị bằng công thức ρ tt = Km.ρ.
▪ ρ: Trị số điện trở suất đo trực tiếp được
▪ Km: Hệ số tăng cao hay hệ số mùa
6.1.5 Các quy định về điện trở nối đất tiêu chuẩn
Điện trở nối đất an toàn của hệ thống phải tuân thủ các trị số tiêu chuẩn đã được quy định trong các quy phạm cụ thể, không được vượt quá mức cho phép.
Đối với các thiết bị điện áp trên 1000V, đặc biệt là những thiết bị có dòng chạm đất lớn hơn 500A, như trong mạng điện có điện áp từ 110kV trở lên, tiêu chuẩn điện trở nối đất cần được tuân thủ nghiêm ngặt.
Tính toán hệ thống nối đất
6.2.1 Cách thực hiện nối đất:
Trước hết cần phải phân biệt nối đất tự nhiên và nối đất nhân tạo
Nối đất tự nhiên là quá trình sử dụng các ống dẫn nước, cọc sắt, và sàn sắt có sẵn trong đất để tạo ra điện cực nối đất Ngoài ra, các kết cấu nhà cửa và công trình có nối đất, cùng với vỏ cáp trong đất, cũng có thể được tận dụng Khi xây dựng vật nối đất, cần khai thác các vật liệu tự nhiên có sẵn để đảm bảo hiệu quả Điện trở nối đất của các vật nối đất tự nhiên có thể được xác định bằng cách đo tại chỗ hoặc tham khảo từ các tài liệu chuyên ngành.
Nối đất nhân tạo thường sử dụng các loại cọc như cọc thép tròn, thép góc, thép ống và thép dẹt, có chiều dài từ 2 đến 5m Các cọc này được chôn sâu xuống đất, với chiều cao đầu trên cùng cách mặt đất từ 0,5 đến 0,8m.
▪ Vật nối đất là thép tròn, thép ống chôn sát mặt đất thì điện trở nối đất của một cột là:
▪ ρtt = ρ (Ω.m) là điện trở suất tính toán của đất
▪ d: là đường kính ngoài của cọc nối đất, nếu dùng thép góc thì đường kính đẳng trị là: d = 0,95b (b: là chiều rộng của thép góc)
Vật nối đất thường là thép tròn hoặc thép ống, được chôn sâu xuống đất với đầu trên cùng cách mặt đất một khoảng nhất định Khi đó, điện trở nối đất của cọc sẽ được xác định.
▪ t khoảng cách từ mặt đất đến điểm giữa của cọc
▪ Vật nối đất là thép dẹt, thép tròn chôn nằm ngang trong đất thì điện trở nối đất là
▪ b: là chiều rộng của thanh thép, nếu dùng thép tròn thì thay b-
Khi xác định điện trở nối đất, cần lưu ý đến ảnh hưởng giữa các điện cực khi tản dòng điện vào đất Quá trình tản dòng điện tại một điện cực sẽ bị hạn chế bởi dòng điện từ các điện cực lân cận, dẫn đến việc tăng chỉ số điện trở nối đất Ảnh hưởng này được tính toán bằng cách đưa vào công thức xác định điện trở nối đất một hệ số gọi là hệ số sử dụng Do đó, điện trở nối đất của n cọc (đóng thẳng đứng) cần xem xét đến hệ số sử dụng.
▪ R1c: là trị số điện trở nối đất của một cọc
▪ àc: là hệ số sử dụng của cỏc cọc
▪ Hệ số àc này phụ thuộc vào số cọc n và tỉ số a/l
▪ a: là khoảng cách giữa các cọc chôn thẳng đứng
▪ l: là chiều dài giữa các cọc
▪ Tương tự điện trở nối đất của các thanh ngang khi có tính đến hệ số sử dụng:
▪ R’n: là điện trở nối đất của các thanh ngang khi chưa tính đến hệ số sử dụng của cỏc thanh ngang àn
▪ àn cũng phụ thuộc vào n và a/l
▪ Hệ số àn cũng như àc thườngcho trong cỏc sổ tay Rừ ràng àn hay àc luụn luụn nhỏ hơn 1
6.2.2 Các bước tính toán nối đất
- B1: Xác định điện trở nối đất yêu cầu Rđ
Để xác định điện trở nối đất nhân tạo, nếu sử dụng điện trở nối đất tự nhiên với trị số Rtn, thì điện trở nối đất nhân tạo cần thiết phải được tính toán.
Điện trở suất tính toán của đất cần được xác định chính xác, vì các cọc chôn thẳng đứng và các thanh nối ngang có độ chôn sâu khác nhau, dẫn đến điện trở suất tính khác nhau.
Với các cọc ρttc = Kmc.ρ
Với các thanh nối ngang: ρttn = Kmn.ρ
Kmc: là hệ số mùa của các cọc
Kmn: là hệ số mùa các thanh ngang
Theo địa hình thực tế, việc bố trí hệ thống nối đất sẽ giúp xác định gần đúng số lượng cọc ban đầu và chiều dài tổng của các thanh nối ngang (nbđ và ln) Cần lưu ý rằng khoảng cách giữa các cọc không được nhỏ hơn chiều dài của các cọc.
Theo điều kiện và yêu cầu thực tế, cần chọn phương pháp lắp đặt, kích thước và hình dạng của vật nối đất Từ đó, có thể xác định điện trở nối đất của một cọc (R1c) dựa trên công thức đã biết, với điều kiện (a/l≥1).
B5: Xác định số lượng cọc cần dùng:
▪ àc: là hệ số sử dụng của cỏc cọc phụ thuộc vào số lượng cọc ban đầu (nbđ) và tỉ số a/l
▪ Rtn: là điện trở suất nhân tạo yêu cầu khi đã tính đến điện trở nối đất tự nhiên (nếu có)
▪ Nếu không có sử dụng nối đất tự nhiên thì Rnt bằng trị số nối đất tiêu chuẩn yêu cầu: Rnt= Rđ
Để xác định điện trở nối đất của các thanh ngang nối đất giữa các cọc, cần áp dụng công thức đã biết, đồng thời tính đến hệ số sử dụng của các thanh ngang.
▪ àn: là hệ số sử dụng của cỏc thanh ngang phụ thuộc vào nbđ và a/l
▪ ln: tổng chiều dài của các thanh ngang nối giữa các cọc ở đây ta coi đó là một thanh ngang duy nhất
- B7: Xác định trị số điện trở nối đất yêu cầu của cọc khi có xét đến điện trở nối đất của các thanh ngang:
Chú ý có bất đẳng thức: Rd ≤Rtn≤Rc
B8: Xác định chính xác số cọc cần dùng:
Áp dụng tính toán nối đất cho nhà biệt thự
Theo tiêu chuẩn IEC thì các thiết bị điện trong mạng điện hạ áp
U < 1000V thì điện trở suất của đất là: Rđ = Rnt ≤ 10Ω
Khi xác định điện trở tính toán của đất, cần lưu ý rằng các cọc chôn thẳng đứng và các thanh nối ngang có độ chôn sâu khác nhau, dẫn đến việc chúng có điện trở suất tính toán khác nhau.
Với các cọc: ρttc = Kmc.ρ = 2x100 = 200 Ω.m
Với các thanh nối ngang: ρttn = Kmn.ρ = 3x100 = 300 Ω.m
Kmc: là hệ số mùa của các cọc
Kmn: là hệ số mùa các thanh ngang
Hệ thống nối đất cho ngôi nhà sẽ sử dụng các cọc thép tròn có đường kính 20mm và chiều dài 4m, được đóng cách nhau 5,2m Các thanh nối ngang sẽ được kết nối giữa các cọc, đặt ở độ sâu 0,5m.
Dự kiến mạch vòng nối đất có chiều dài 38,4m, dẫn đến chiều dài thanh nối ngang Ln = 38,4m và tỷ số a/l = 1 Số lượng cọc ban đầu được tính là nbđ = 38,4/5 = 7,68, làm tròn thành 8 cọc Điện trở nối đất của một cọc nối đất thẳng đứng được xác định theo cách lắp đặt này.
R1C = 〖ρ 〗_ttc/(2π.l)(ln2l/d+ 1/2ln(4t+l)/(4t-l)) = 200/(2π.4)(ln2.4/0,02+ 1/2ln(4.2,5+4)/(4.2,5-4)) = 23,65 Ω
Trong đó t khoảng cách từ mặt đất đến điểm giữa của cọc l chiều dài của cọc (m) d là đường kính của cọc
Xác định số lượng cọc cần dùng: nsb = R_1c/(R_tn μ_c ) = 23,65/10.0,69 = 3,43 (cọc) ta lấy 3 cọc
