Lời nói đầu Cung cấp điện là một ngành khá quang trọng trong xã hội loài người, cũng như trong quá trình phát triển nhanh của nền khoa học kĩ thuật nước ta trên Con đường công nghiệp hóa hiện đại hóa.
XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI ĐIỆN CỦA TÒA NHÀ
Thông tin chung về tòa nhà và hệ thống trạm biến áp– Trường ĐHHHV
Nhà giảng đường C2, khánh thành vào tháng 9/2015, có diện tích sử dụng 1.075m2 và cao 40,5m với 9 tầng Công trình dài 76m và bao gồm 44 phòng học hiện đại, cùng với diện tích sân 4.500m2, góp phần nâng cao chất lượng cơ sở vật chất.
Hình 1 1 Tòa nhà C2 trường ĐHHHVN
1.1.2 Hệ thống trạm biến áp
Hình 1 2 Trạm biến áp trường đại học Hàng Hải
Hình 1 3Thông số trạm biến áp trường đại học Hàng Hải
Hình 1 4 Thông số kĩ thuật máy biến áp
Xác định phụ tải tính toán của tòa nhà
Dựa vào tiêu chuẩn quốc gia TCVN9206 – 2012 để tính phụ tải của toà nhà
1.2.1 Các thiết bị điện trong tòa nhà C2
Dựa trên sự khảo sát chi tiết đối với toà nhà C2 ta liệt kê được số thiết bị và phòng học của toà nhà như bảng 1.1
Bảng 1 1 Danh sách các thiết bị điện của toàn nhà C2
Bảng 1 2 Công suất của các thiết bị điện tòa nhà C2
1.2.2 Phụ tải tính toán từng phòng học
: công suất tính toán của phụ tải phòng học
: công suất yêu cầu thiết bị điện của phòng học thứ i
: hệ số đồng thời của phòng học
Bảng 1 3 Công suất các các hiết bị điện trong phòng 114m 2
Số thiết bị Thiết bị Điện áp (V)
Tổng công suất phòng 144 m vuông 220 13383 0.65 8700 0.85
Bảng 1 4 Công suấtcasc thiết bị điện phòng 96m2
Số thiết bị Thiết bị Điện áp (V)
Tổng công suất phòng 96 m vuông 220 9379 0.6
Bảng 1 5 Công suất các thiết bị điện phòng 48m2
Số thiết bị Thiết bị Điện áp (V)
Tổng công suất phòng 48 m vuông 220 5453 0.6
Bảng 1 6 Công suất các thiết bị điện căng tin tầng 1
Số thiết bị Thiết bị Điện áp (V)
Tổng công suất căng tin tầng
Bảng 1 7 Công suất các thiết bị điện căng tin tâng 6
5 Tổng công suất căng tin tầng
Bảng 1 8 Công suất các thiết bị điện trong phòng chờ
Số thết bị Thiết bị Điện áp (V)
Tổng công suất phòng chờ 220 3036 0.6 1822 0.85
Bảng 1 9 Công suất các thiết bị điện hành lang tầng 1
Tổng công suất hành lang tầng 1 220 343 0.6 300 0.85
Bảng 1 10 Công suất các thiết bị điện hành lang mỗi tầng từ 8-> 9
Số thiết bị Thiết bị Điện áp (V)
Tổng công suất mỗi 1 hành lang từ tầng 8->9 220 647 0.9 583 0.85
Bảng 1 11 Tổng công suất các phòng còn lại
Phòng thí nghiệm 9000 phòng y tế 3500
1.2.3 Phụ tải tính toán từng tầng
: công suất tính toán của phụ tải Tầng
: công suất tính toán của phụ của phòng học thứ i
: hệ số đông thời của tầng
Bảng 1 12 Tổng Ptt khối PH
2 hành lang phòng chờ căng tin y tế thí nghiệm
Bảng 1 3 Công suất tính toán mỗi tầng
Tổng Ptt khối PH Ks
1.2.4 Phụ tải tính toán động lực
: công suất tính toán của phụ tải bơm nước
: công suất định mức của động cơ thứ i
: hệ số sử dụng lớn nhất của nhóm phụ tải bơm nước
Bảng 1 13 Công suất của máy bơmXmáy
Q bơm sinh hoạt 5 3.1 chống cháy 5 3.1
: công suất tính toán của phụ tải thang máy
: công suất định mức của thang máy thứ i
: hệ số sử dụng lớn nhất của nhóm thang
: công suất tiêu thụ của các khí cụ điều khiển và các đèn điện trong thang máy thứ i =0.1)
: hệ số gián đoạn của động cơ điện theo lí lịch thang máy thứ i (
Bảng 1 14 Công suất của thang máy
: công suất tính toán của phụ tải Tầng
: công suất định mức của động cơ thứ i
: hệ số sử dụng lớn nhất của nhóm phụ tải bơm nước
1.2.5 Công suất tính toán khối dịch vụ
: công suất chiếu sáng hành lang của mỗi một Tầng S: diện tích của mỗi hành lang từng tầng (465 m vuông )
: công suất tính toán chiếu sáng WC của toà nhà
1.2.6 Công suất tính toán toàn nhà C2
PHƯƠNG ÁN CẤP ĐIỆN CHO TÒA NHÀ
Sơ đồ nguyên lý của phương án cung cấp điện cho tòa nhà C2
2.1.1 Sơ đồ nguyên lý của phương án cung cấp điện cho tòa nhà C2
Tòa nhà C2 tại trường Đại học Hàng Hải Việt Nam được cung cấp điện từ trạm biến áp khu C với công suất 560 KVA – 22/0.4V Công suất tính toán cho tòa nhà C2 đã được xác định trong chương 1 với giá trị 230 KVA.
→ Trạm biến áp của khu C đã đủ điều kiện để cung cấp điện cho tòa C2 với hệ số dự phòng là 10%.
2.1.2 Phân chia pha cho các tải
Pha R được cấp cho các tủ điện tại tầng 1, tầng 2, tầng 4 và tầng 5 với công suất Ptt là 8 kW Pha Y được cấp cho các tủ điện tại tầng 3, tầng 7, tầng 8 và tầng 6 với công suất Ptt là 99 kW Pha B được cấp cho các tủ điện chiếu sáng tại tầng 9, cũng với công suất Ptt là 99 kW.
Sơ đồ điện đứng tòa nhà C2
Sơ đồ cấp điện đứng của tòa C2 áp dụng phương pháp hình tia, với hai nguồn cấp điện chính: nguồn từ máy biến áp công suất 560 KVA (22/0,4KV) và nguồn dự phòng từ máy phát điện công suất 125 KVA (0,4KV) Khi nguồn chính bị mất, hệ thống sẽ tự động chuyển sang nguồn dự phòng để cung cấp điện cho phụ tải của thang máy, bơm sinh hoạt và bơm cứu hỏa.
Nguồn điện được cung cấp cho tủ điện chính, từ đó sẽ được phân phối đến các tủ điện của từng tầng, tủ thang máy, tủ bơm sinh hoạt và tủ bơm cứu hỏa.
Sơ đồ cấp điện tổng cho tòa nhà C2 sử dụng điện áp 22KV, được cung cấp từ trạm biến áp chính tại quận Lê Chân và được truyền đến trạm biến áp số 2 của Trường Đại học Hàng Hải.
Trạm biến áp bắt đầu với nguồn 22KV được đưa vào buồng trung thế, bao gồm khoang đo và khoang bảo vệ Trong buồng trung thế, hai thiết bị đóng cắt được sử dụng để ngắt mạch khi cần sửa chữa máy biến áp Khoang đo và khoang bảo vệ sử dụng máy biến áp đo lường với 3 cuộn dây.
Nguồn điện 22KV được dẫn vào buồng máy biến áp, nơi sử dụng máy biến áp hai cuộn dây đấu nối sao tam giác với công suất 560KVA Máy biến áp này hạ điện áp từ 22KV xuống 0,4KV, cung cấp điện cho toàn bộ tòa nhà C2.
Sau khi nguồn điện được hạ xuống 0,4KV, nó sẽ tiếp tục di chuyển đến buồng hạ thế Tại đây, buồng hạ thế sử dụng thiết bị đóng cắt LBS cho phép thực hiện thao tác đóng cắt từ xa, giúp đảm bảo an toàn trong trường hợp có sự cố xảy ra tại toà nhà hoặc biến áp Đồng thời, trạm biến áp còn được trang bị hệ thống chống set La để tăng cường độ an toàn.
Nguồn tiếp tục sau khi đi qua buồng hạ thế thì tiếp tục cấp tới tủ điện chính của toà nhà
Tủ điện chính được chia làm 3 tủ
Tủ ATS: Tủ chuyển mạch
Tủ MSB: Tủ phân phối chính
Tủ MSB (tủ phân phối chính)
Nguồn điện được cung cấp qua đường hạ thế vào tủ, nơi có ba đèn báo pha R, B, Y hiển thị trạng thái nguồn Tủ cũng được trang bị VONMET để đo hiệu điện thế, cùng với công tắc chuyển mạch và cầu chì 2A Hệ thống tiếp theo sẽ đo dòng điện, công suất tiêu thụ và công suất phản kháng thông qua các thiết bị đo như ampe kế, công tơ điện và KVAR, được kết nối qua biến dòng.
Nguồn điện sẽ đi qua thiết bị đóng cắt MCCB để bảo vệ tải với trạm biến áp Tại đây, biến dòng được lắp đặt cùng các rơ le bảo vệ như relay bảo vệ quá dòng (OC), bảo vệ chạm đất, và relay bảo vệ quá áp (OV) cũng như bảo vệ kém áp (UV) nhằm bảo vệ hệ thống trong các trường hợp như đứt pha và đứt trung tính 3 pha bất đối xứng Đồng thời, hệ thống báo pha và hệ thống chống sét cũng được lắp đặt Hệ thống chống sét sẽ kết hợp với MCCB để đảm bảo rằng khi có sét đánh, nếu thiết bị chống sét không cắt, MCCB sẽ tự động đóng lại, bảo vệ an toàn cho toàn bộ hệ thống.
Tiếp đến nguồn được phân phối đến các phụ tải từng tầng 1 tới tầng 9 của toà nhà thông qua hệ thống cáp và dây
Ngăn ATS (Ngăn chuyển mạch)
Tại đây được cấp nguồn bằng 2 đường Đường 1 từ trạm biến áp, đường 2 từ máy phát điện
2 đường được cấp cho các phụ tải thang máy, bơm chữa cháy, bơm sinh hoạt.
Những phụ tải ưu tiên này không thể bị cắt điện trong trường hợp mất điện hoặc hoãn hạn, đặc biệt là các phụ tải dành cho thang máy và bơm chữa cháy.
Công tắc tự chuyển đổi nguồn ATS nhận hai nguồn điện và sẽ tự động chuyển đổi khi cần thiết Ban đầu, trạm biến áp cung cấp điện cho tất cả các phụ tải Khi xảy ra sự cố hoặc mất điện tại trạm biến áp, công tắc ATS sẽ kích hoạt máy phát điện để cung cấp điện cho các phụ tải ưu tiên Khi điện trở lại, công tắc sẽ tự động chuyển đổi về phía trạm biến áp để cấp điện cho tất cả các phụ tải.
Dưới công tắc ATS, các thiết bị bảo vệ được lắp đặt tương tự như trong ngăn MSB, bao gồm relay bảo vệ quá áp, bảo vệ thấp áp, bảo vệ chạm đất, đèn báo pha, và thiết bị đóng cắt MCCB Những thiết bị này có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ nguồn điện cho phía phụ tải.
Sơ đồ cấp điện chiếu sáng tòa C2
Nguồn điện cho tủ điện chiếu sáng các tầng được cung cấp từ tủ điện tổng, với đèn báo pha 3 màu hiển thị trạng thái Tủ điện được bảo vệ bởi aptomat MCCB, sau đó nguồn điện được phân chia theo phương pháp hình tia Mỗi tia được bảo vệ bằng aptomat MCB, dẫn đến các tủ chiếu sáng hành lang của 9 tầng.
Sơ đồ cấp điện động cơ bơm nước sinh hoạt và cứu hỏa
Tủ bơm cấp nước sinh hoạt
Tủ bơm nước được cấp điện từ hai nguồn chính thông qua công tắc tự động chuyển mạch, bao gồm nguồn từ biến áp và máy phát Điện ba pha được lấy từ tủ điện tổng và hiển thị trạng thái làm việc qua đèn pha, sau đó được đưa đến thanh cái và được bảo vệ bằng aptomat MCCB Tiếp theo, nguồn điện được chuyển đến thanh cái của tủ bơm chữa cháy qua một aptomat bảo vệ Cuối cùng, nguồn điện một pha được dẫn đến tủ điều khiển bơm của nhà cung cấp qua aptomat MCB, và từ đó cung cấp điện cho động cơ.
Lựa chọn và kiếm tra tiết diện dây dẫn
2.2.1 Xét đường dây từ trạm biến áp đến tủ tổng.
Trung bình 1 ngày toà nhà làm việc 13 giờ/ngày => Trong một năm toàn nhà làm việc 4745 giờ => Tmax = 4745h
Xét đường dây từ trạm biến áp tới tủ tổng
Ta chọn loại cáp 4x1C CU/XLPG/PVC
Tình tiết diện theo phương pháp mật độ dòng điện kinh tế JKT (A/mm 2 )
Chọn cáp 4x1C 300mm 2 CU/XLPG/PVC
Xét tổn thất điện áp ta có
Xét thanh cái truyền tải cho các tầng ta chọn thanh cái bằng dồng 4x1C CU
Tình tiết diện thanh cái theo phương pháp mật độ dòng điện kinh tế
Chọn thanh cái có tiết diện 5x60mm 2 , 955A
Xét thanh cáitruyền tải cho phía động lực ta chọn thanh cái bằng dồng 4x1C CU
Tình tiết diện thanh cái theo phương pháp mật dộ dòng điện kinh tế
2.2.2 Xét dây từ tủ tổng tới tủ phân phối
Xét dây tầng 1 ta có:
Xét đường dây tầng 2 và 3 ta có:
Xét đường dây tầng 4, 5, 7và 8 ta có:
Xét đường dây tầng 6 ta có:
Xét đường dây tầng 9 ta có:
Xét đường dây chiếu sáng ta có:
Xét đường dây thang máy ta có:
Xét đường dây động cơ ta có:
2.2.3 Dây dẫn tới các phòng
Ta cho dây loi đồng cách điện bằng cao su
Chọn loại dây 2x1C CU/PVC
Tính tiết diện heo phương pháp mật độ dòng điện kinh tế ta có J = 3,1
Vậy ta chọn loại dây 25mm 2
Chọn loại dây 2x1C 25mm 2 CU/PVC
Vậy ta chọn loại dây 16mm 2
Chọn loại dây 2x1C 16mm 2 CU/PVC
Vậy ta chọn loại dây 10mm 2
Chọn loại dây 2x1C 10mm 2 CU/PVC
Xét căng tin tầng 1 ta có P = 13,3 kW
Vậy ta chọn loại dây 25mm 2
Chọn loại dây 2x1C 25mm 2 CU/PVC
Xét căng tin tầng 6 có P = 6,4 kW
Vậy ta chọn loại dây 10mm 2
Chọn loại dây 2x1C 10mm 2 CU/PVC
Xét phòng chờ có P = 3 kW
Vậy ta chọn loại dây 4mm 2
Chọn loại dây 2x1C 4mm 2 CU/PVC
Xét phòng thí nghiệm có P = 9 kW
Vậy ta chọn loại dây 16mm 2
Chọn loại dây 2x1C 16mm 2 CU/PVC
Xét phòng y tế có P = 3,5 kW
Vậy ta chọn loại dây 6mm 2
Chọn loại dây 2x1C 6mm 2 CU/PVC
Xét đường dây chiếu sáng tới các hành lang và WC ta có P = 8,2kW
Vậy ta chọn loại dây 16mm 2
Chọn loại dây 2x1C 16mm 2 CU/PVC
2.2.4 Chọn loại dây dẫn tới các thiết bị
Bởi các thiết bị trong phòng có công suất dưới 3kW cho nên ta chọn loại dây 2x1C 2,5mm 2 CU/PVC
Tổn thất công suất và tổn thất điện năng
2.3.1.1 Tổn thất công suất trên đường dây từ trạm biến áp vào tủ tổng
Ta có loại dây 185mm 2 CU/XPLG/PVC
2.3.1.2 Tổn thất điện năng trên đường dây từ trạm biến áp tới tủ tổng
2.3.2 Tính tổn thất công suất và tổn thất điện năng trên thanh cái
Cho thanh cái của truyền tải tầng là 3m
Cho thanh cái truyền tải động lực là 1m
2.3.3 Tính tổn thất công suất và tổn thất điện năng trên các đường dây từ tủ tổng tới các tấng.
Xét đường dây tầng 1 ta có:
Xét đường dây tầng 2 ta có:
Xét đường dây tầng 3 ta có:
Xét đường dây tầng 4 ta có:
Xét đường dây tầng 5 ta có:
Xét đường dây tầng 6 ta có:
Xét đường dây tầng 7 ta có:
Xét đường dây tầng 8 ta có:
Xét đường dây tầng 9 ta có:
Xét đường dây chiếu sáng ta có:
Xét đường dây thang máy ta có:
2.3.4 Tổn tất điện năng của cả toàn nhà
∆ATN% = ∆AMBA% + ∆ATC1% +∆ATC2% +∆AT1% +∆AT2% +∆AT3% +∆AT4% +∆AT5% +∆AT6% +∆AT7% +∆AT8% +∆AT9% +∆ACS% +∆ATM%
Vậy trong một năm toà nhà tổn thất 28343 kWh
LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ ĐIỆN
Lựa chọn và kiểm tra thiết bị trong tủ tổng
3.1.1 Thiết bị bảo vệ máy biến áp và tủ tổng
Ta chọn thiết bị đóng cắt cho toàn hệ thống như hình 3.1.
Hình 3 1 Thông số các thiết bị đóng cắt
Trong đó 1,2 là hệ số an toàn
Ta chọn loại MCCB 3 pha 4 cực 800A – 75kA
3.1.2 Thiết bị bảo vệ các tầng
Ta có cường độ dòng điện đi qua biến dòng là:
Vậy ta chọn biến tần có hệ số là 400/5A
Biến dòng đo lường ta chọn 3 MCT 400/5A
Biến dòng bảo vệ 4 PCT 400/5A
Hình 3 2 Hình ảnh máy phát điện
Máy phát diện Misubishi 125 kVA Động cơ: Misubishi 6D16 Đầu phát: DENYO
Số pha: 3 pha-4 dây Điện thế đơn(50HZ): 380V
Tính thông số của bộ sét van cho tủ tổng
Trong đó UâmCSV là điện áp dây ở chế độ vận hành cực đại của hệ thống Umax 1,05 x1,1 x Ulưới
Xét lưới điện âm tính trực tiếp nối đất
Chọn điện áp cho chống sét
Trong đó UC là điện áp vận hành liên tục của chống sét van
Lựa chọn và kiểm tra thiết bị tủ phân phối
Ta chọn loại thiết bị đóng cắt cho tủ phân phối như hình 3.1.
Lựa chọn các thiết bị điện trong bảng điện phòng
Xét các thiết bị trong phòng học
Ta có ITT ITK = ( 1,2 ÷ 1,5)ITT ( đối với thiết bị điện chiếu sáng )
ITK = (2 ÷ 2,5)ITT ( đối với động cơ )
Chọn MCB 1P/63A +) 6 quạt trần + 18 đèn + máy chiếu: ΣP = 1383W
Chọn MCP 2P/40A +) 4 quạt trần + 1 máy chiếu + 12 đèn: ΣP = 997W
Chọn MCP 2P/20A +) 1 tivi + đèn + quạt trần
+) Quạt trần + quạt treo tường + đèn : ΣP = 994W
Chọn MCP 2P/20A +) Tủ lạnh + ổ cắm: ΣP = 3260W
+) Quạt trần + tủ lạnh + đèn : ΣP = 336W
Xét hành lang tầng 8 và 9 ΣP = 191W
Nâng cao hệ số cosφ
3.4.1 Phương pháp nâng cao hệ số cosφ
Gồm có 2 nhóm biện pháp nâng cao hệ số cos
- Nâng cao hệ số cos tự nhiên
- Bù công suất phản kháng a Nhóm giải pháp nâng cao costự nhiên
- Thay đổi và cải tiến quy trình công nghệ để các thiết bị điện làm việc ở chế độ hợp lý nhất.
- Thay thế động cơ không đồng bộ làm việc non tải bằng động cơ có công suất nhỏ hơn.
- Giảm điện áp của những động cơ làm việc non tải.
- Hạn chế động cơ chạy không tải.
- Dùng động cơ đồng bộ thay thế động cơ không đồng bộ.
- Nâng cao chất lượng sửa chữa động cơ.
Thay thế các máy biến áp không tải bằng những máy biến áp có dung lượng nhỏ hơn sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất sử dụng năng lượng Bên cạnh đó, áp dụng phương pháp bù công suất phản kháng cũng là một giải pháp hiệu quả để nâng cao hệ số công suất cos, từ đó cải thiện chất lượng điện năng và giảm tổn thất trong hệ thống.
Sử dụng các thiết bị bù
- Tụ điền (Tụ bù) c Tính toán bù công suất phản kháng bằng tụ điện
- 1: góc trước bù tải cần bù
- = 0,9 1 – hệ số xét đến bù cos tự nhiên
Xét hệ thống điện của toàn nhà C2
Cosφ = 0,85 => tanφ = 0,619 Để đáp ứng quy định điện lực của Việt Nam: cosφ = 0,9
- Góc bù 1 ta tiến hành bù để nâng cao hệ cosφ lên bằng 0,87
- Góc bù 2 ta tiến hành bù để nâng cap hệ số cosφ lên bằng 0,9
3.4.3 Vị trí đặt thiết bị bù
Sau khi xác định dung lượng bù và chọn loại thiết bị bù phù hợp, việc bố trí thiết bị trong mạng để tối ưu hóa hiệu quả kinh tế là rất quan trọng Thiết bị bù có thể được lắp đặt ở phía điện áp cao (trên 1000V) hoặc phía điện áp thấp (dưới 1000V).
1000 V), nguyên tắc bố trí thiết bị bù là làm sao đạt được chi phí tính toán nhỏ nhất.
Máy bù đồng bộ có công suất lớn và thường được lắp đặt ở các vị trí quan trọng trong hệ thống điện Tại các xí nghiệp lớn, máy bù thường được đặt ở phía điện áp cao của trạm biến áp trung gian để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Tụ điện có thể được lắp đặt trong các mạng điện áp cao hoặc điện áp thấp Trong trường hợp tòa nhà C2, chúng ta sẽ tiến hành lắp đặt tủ bù tại phía điện áp thấp.
Kết luận về đề tài đồ án môn học "Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho tòa nhà C2" đã được thực hiện và hoàn thành, với một số kết quả đáng chú ý.
- Tính toán được phụ tải tính toán cho tòa nhà C2
- Đưa ra được phương pháp đi dây cho hệ thống tòa nhà C2
- Thiết kế được các sơ đồ đi dây cung cấp điện cho toà nhà C2 trên phần mềm autocad.
Hệ thống điện tòa nhà C2 đã hoàn thành, tuy nhiên, do kiến thức còn hạn chế, chúng tôi không thể tránh khỏi một số sai sót Chúng tôi rất mong nhận được những đóng góp từ cô để hoàn thiện Đồ Án hơn nữa.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cố Th.S Vũ Thị Thu vì sự giúp đỡ tận tâm trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành Đồ Án môn học của chúng em.
Em xin chân thành cảm ơn ạ !
