Bài giảng kỹ thuật điện dân dụng nguyễn mạnh hà

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG Nguyễn Mạnh Hà BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN DÂN DỤNG / Đà Nẵng 14 8 2016 Bài giảng Kỹ thuật điện dân dụng Nguyễn Mạnh Hà Trang 1 CHƯƠNG 1 HỆ THỐNG ĐI[.]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG Nguyễn Mạnh Hà BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN DÂN DỤNG / Đà Nẵng 14-8-2016 Bài giảng Kỹ thuật điện dân dụng CHƯƠNG HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG I NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Khái quát hệ thống cung cấp điện 1.1.1 Hệ thống điện: Hệ thống điện tập hợp gồm nguồn điện, mạng lưới cung cấp điện phụ tải tiêu thụ điện Hệ thống điện Việt Nam hệ thống điện xoay chiều hình sin tần số 50Hz - Nguồn điện : Là nơi phát điện Nguồn điện có nhiệm vụ chuyển hóa dạng lượng khác thành điện để dễ truyền tải xa - Mạng lưới cung cấp điện : có nhiệm vụ truyền tải phân phối điện năng, bao gồm đường dây dẫn điện, máy biến áp, - Phụ tải: Là thiết bị tiêu thụ điện đèn, quạt Trong mạng điện người ta coi nhà máy, xí nghiệp, nhà ở, quan,… phụ tải điện Hệ thống điện Việt Nam có nhiều cấp khác phù hợp với bán kính cấp điện khả truyền tải 500; 220; 110; 66; 35; 22; 15; 6; 0,4 kV Cấp điện áp 500, 220kV gọi cấp truyền tải nhiệm vụ chủ yếu dẫn lượng từ nơi sản xuất điện đến nơi tiêu thụ điện Ở cấp khơng có thiết bị tiêu thụ điện trực tiếp Cơ quan quản lý hệ thống truyền tải Tổng công ty truyền tải điện quốc gia, bao gồm công ty truyền tải điện trực thuộc tương ứng với vùng nước Cấp điện áp truyền tải mang tính độc quyền tự nhiên Nhà nước quản lý Cấp điện áp từ 110kV trở xuống gọi cấp điện áp phân phối nhiệm vụ cung cấp điện trực tiếp cho thiết bị tiêu thụ điện phụ tải điện Cấp điện áp công ty điện lực quản lý vận hành Cấp điện áp phân phối tư nhân hố có nhiều đơn vị tham gia bán điện cạnh tranh Theo lộ trình phát triển ngành điện Việt Nam, dự kiến sau năm 2014 tiến hành thí điểm cạnh tranh bán lẻ điện 1.1.2 Hệ thống cấp điện cơng trình cơng trình xây dựng: Hệ thống cấp điện cơng trình thành phần khơng thể tách rời cơng trình xây dựng có đặc điểm riêng sau: - Là hệ thống cung cấp điện trực tiếp đến phụ tải tiêu thụ điện với cấp điện áp > Đất có R nhỏ Nguyễn Mạnh Hà In>> In>> In>> Trang Bài giảng Kỹ thuật điện dân dụng Để loại trừ nhanh mạch điện bị cố ngắn mạch người ta dùng thiết bị bảo vệ tự động aptomat, cầu chì lắp đầu điểm đấu nối dây dẫn điện Mạng điện cơng trình hay xảy tượng ngắn mạch nguyên nhân sau: - Lớp vỏ cách điện bị bong gây chạm vào điểm đất vỏ tủ điện, kết cấu thép,… - Chuột, côn trùng cắn đứt vỏ bảo vệ dây cáp điện tủ điện - Các điểm nối dây không chắn nên bị bung chạm vào vỏ thiết bị - Các mối nối sau thi công, quấn băng keo cách điện không tốt nên bị bong 1.2.11 Quá tải Là tượng dòng điện tăng lên vượt giá trị định mức (1,1÷1,8Iđm) thiết bị điện chưa có khả gây nguy hiểm cho thiết bị Nếu dòng điện nằm giới hạn cho phép thiết bị làm việc bình thường, vượt giá trị cho phép trở thành cố cần phải loại trừ Rơle nhiệt pha Cầu chì Nguyên nhân gây tải thiết bị điện làm việc q cơng suất chúng, ví dụ động máy giặt phải giặt với khối lượng lớn quy định, … Tác hại tượng tải: làm cho thiết bị điện bị lão hóa, nhanh hư hỏng, phát nóng mạnh Để bảo vệ thiết bị khỏi tượng tải người ta dùng thiết bị bảo vệ tải rơle nhiệt cầu chì Khi dịng điện vượt q giá trị định mức thiết bị bảo vệ cho thiết bị làm việc thêm thời gian đặt trước cắt nguồn điện Nguyễn Mạnh Hà Trang 10 Bài giảng Kỹ thuật điện dân dụng 1.2.12 Hiện tượng rò điện: Rò điện tượng dây dẫn bị chạm vỏ thiết bị chạm xuống đất dòng điện bé (từ vài mA đến vài chục mA vài trăm mA) Khi có rị điện thiết bị hoạt động bình thường nên người khơng nhận biết tượng Nguyên nhân gây rò điện lớp vỏ cách điện bị bong tróc ruột dẫn điện chạm vỏ thiết bị với điện trở lớn Ir 5kW) dải công suất biến đổi từ vài kW đến vài chục kW nên số phụ tải yêu cầu cấp điện nguồn điện pha Xác định độ lớn phụ tải loại phải vào catologue loại thiết bị cụ thể đảm bảo độ xác Thực tế cơng trình xây dựng phụ tải gồm loại sau: - Thang máy, bơm nước, điều hòa trung tâm, thơng gió, bơm nước cứu hỏa - Thiết bị thí nghiệm đặc chủng - Thiết bị chẩn đốn bệnh viện Mạch điện cung cấp cho phụ tải mạch điện độc lập với mạch khác đấu nối nguồn điện bảng điện đầu vào cơng trình 2.2 Các đại lượng dùng để xác định nhu cầu phụ tải điện: 2.2.1 Công suất định mức thiết bị (Pđm) Pđm công suất hữu ích đầu thiết bị (chưa kể đến tổn hao) Giá trị ghi nhãn máy ghi lý lịch kèm theo thiết bị Pđm dạng sau: - Dạng (động điện): Pđm cơng suất trục - Dạng nhiệt (lị vi sóng, nồi cơm điện,… ): Pđm công suất tỏa nhiệt điện trở Đơn vị Pđm W, kW HP (sức ngựa) Theo quy định Nhà nước hệ thống đơn vị đo lường Việt Nam, 1HP = 745,7W 2.2.2 Công suất đặt (Pđ): Công suất đặt lượng công suất tác dụng mà mạng điện phải cung cấp cho thiết bị điện để hoạt động Đây loại công suất phải xác định trình tính tốn phụ tải điện cơng trình xây dựng Nguyễn Mạnh Hà Trang 13 Bài giảng Kỹ thuật điện dân dụng Đối với thiết bị điện cụ thể Pđ bao gồm cơng suất định mức thiết bị Pđm tổn hao công suất bên thiết bị Cơng thức tính Pđ thiết bị biết dịng điện, điện áp hệ số cơng suất: - Thiết bị điện pha: Pñ = U p I p cosϕ - Thiết bị điện pha: Pđ = 3U d I d cosϕ Trong đó: Up, Ud điện áp pha, điện áp dây mạng điện Ip dòng điện chạy dây dẫn pha Id dòng điện chạy dây dẫn mạng điện pha cosϕ hệ số công suất thiết bị điện Công suất đặt thiết bị tính tốn thơng qua cơng suất định mức Pđm hiệu suất η thiết bị: Pñ = Pđm η Cơng suất đặt nhóm thiết bị điện (lắp đặt phận, khu vực tồn cơng trình) tổng cơng suất đặt tồn thiết bị có nhóm đó: n PñΣ = ∑ Pñi = Pñ1 + Pñ2 + + Pđn i =1 Trong đó: PđΣ cơng suất đặt nhóm Pđi cơng suất đặt thiết bị thứ i nhóm n số thiết bị có nhóm Khi thiết kế, khơng có số liệu cơng suất xác thiết bị tham khảo bảng sau: Tên thiết bị điện Bóng đèn sợi đốt Đèn tuyp + chấn lưu sắt từ Đèn tuyp + chấn lưu điện tử Đèn tuyp tiết kiệm điện Đèn compact, đèn bàn Nguyễn Mạnh Hà Công suất đặt (W) 100 44 40 36 18 Tên thiết bị điện Bình đun nước sơi Máy làm nóng lạnh nước uống Quạt cây, quạt trần, thơng gió Điều hịa dân dụng Máy hút bụi Cơng suất đặt (W) 2000 600 200 0,293W/BTU×số BTU 600 Trang 14 Bài giảng Kỹ thuật điện dân dụng Ti vi CRT Ti vi LCD Đầu đĩa Tủ lạnh Tủ đông Nồi cơm điện Lị vi sóng Lị nướng 300 140 30 800 500 800 900 1000 Bơm nước gia đình (1/3 HP) Bình tắm nóng lạnh Máy in laser Laptop Máy tính để bàn Máy sấy tóc Máy giặt Thang máy mini gia đình 700 5000 200 100 300 1000 400 3000 2.2.3 Cơng suất tính tốn (Ptt): Lý thuyết thực tế chứng minh rằng, nhóm thiết bị điện tổng cơng suất đặt tất thiết bị điện PđΣ thường lớn công suất tiêu thụ thực tế nhóm Tùy vào quy mơ cơng trình, tùy vào tính chất phụ tải mà chênh lệch lớn hay bé Nguyên nhân tượng thiết bị có lượng thời gian làm việc khác nhau, quy luật làm việc khác nhau, thời điểm bắt đầu làm việc khác có tính ngẫu nhiên Như tính tốn cơng suất điện cấp cho nhóm cần tính giá trị cơng suất tương đương mà nhóm tiêu thụ gọi cơng suất tính tốn (cịn gọi phụ tải tính tốn) Ptt Cơng suất tính tốn khơng phải giá trị cố định mà giá trị có tính xác suất thống kê Ví dụ tính tốn cơng suất hộ giống nhau, nhiên thực tế sử dụng điện hộ có giá trị khác Việc xác định Ptt tốn tính tốn phụ tải điện Tuy nhiên tính tốn kỹ thuật mạng điện (chọn dây dẫn, chọn thiết bị,…) cần phải xác định thêm công suất phản kháng Qtt cơng suất biểu kiến Stt nhóm theo công thức sau: Qtt = Ptt tgϕ Stt = Ptt2 + Qtt2 Trong tgϕ hệ số xác định từ cosϕ qua tam giác cơng suất, cịn cosϕ chọn phạm vi 0,80÷0,85 2.2.4 Suất phụ tải điện (P0): Suất phụ tải điện P0 đại lượng thống kê dùng để xác định lượng công suất tác dụng phân bố đơn vị sản phẩm, đơn vị diện tích,… cơng trình Như đơn vị P0 W/m2, W/sản phẩm, W/giường bệnh, W/chỗ ngồi,… Tính tốn phụ tải điện cơng trình thơng qua P0 áp dụng giai đoạn thiết kế sở, giai đoạn chưa có thiết kế chi tiết bố trí thiết bị điện cơng trình Với cơng trình cơng cộng lớn (như trường học, bệnh viện,…) phải qua giai đoạn thiết kế sở nên sử dụng phương pháp tính theo suất phụ tải điện Với cơng trình nhỏ nhà riêng lẻ, biệt thự,… thiết kế giai đoạn (thiết kế chi tiết) nên phải tính số lượng công suất cụ thể thiết bị điện dự kiến lắp đặt P0 thường cho tiêu chuẩn sổ tay thiết kế Số liệu P0 cho phép tính cơng suất tồn cơng trình, khơng thể áp dụng cho khu vực nhỏ công trình (ví dụ: khơng áp dụng để tính cơng suất điện phòng làm việc) Giá trị P0 cho số cơng trình cơng cộng tham khảo bảng sau: Nguyễn Mạnh Hà Trang 15 Bài giảng Kỹ thuật điện dân dụng TT Loại cơng trình Văn phịng, trụ sở làm việc, quan hành chính: - Khơng có điều hịa nhiệt độ - Có điều hịa nhiệt độ Trường học (nhà trẻ, mẫu giáo, tiểu học, trung học, đại học,…): - Khơng có điều hịa nhiệt độ - Có điều hịa nhiệt độ Cửa hàng, siêu thị, chợ, trung tâm thương mại, cơng trình dịch vụ: - Khơng có điều hịa nhiệt độ - Có điều hịa nhiệt độ Nhà nghỉ, khách sạn: - Hạng - Hạng 2-3 - Hạng 4-5 Cơng trình y tế: - Bệnh viện cấp quốc gia - Bệnh viện cấp tỉnh, thành phố trung tương - Bệnh viện cấp quận, huyện Rạp hát, rạp chiếu phim, rạp xiếc (có điều hịa nhiệt độ) Chỉ tiêu P0 45W/m2 sàn 85W/m2 sàn 25W/m2 sàn 65W/m2 sàn 35W/m2 sàn 90W/m2 sàn 2kW/ giường 2,5kW/ giường 3,5kW/ giường 2,5kW/ giường bệnh 2kW/ giường bệnh 1,5kW/ giường bệnh 125W/m2 sàn Khi biết suất phụ tải việc xác định phụ tải điện cơng trình trở nên đơn giản nhiều: Ptt = P0.S Ptt = P0.Số sản phẩm Ptt = P0.Số giường bệnh,… 2.3 Cơng suất tính tốn nhóm phụ tải chiếu sáng: Phụ tải chiếu sáng nhóm thiết bị tiêu thụ điện đặc trưng khơng thể thiếu với cơng trình xây dựng Trong cơng trình xây dựng chủ yếu sử dụng loại đèn ống huỳnh quang đèn sợi đốt Đèn huỳnh quang thường dùng loại dài 1,2m, công suất từ 40W trở xuống cho chiếu sáng làm việc Đèn sợi đốt dùng cho chiếu sáng cố Trong tập giảng có chương riêng việc tính tốn, xác định số lượng đèn lắp đặt vào cơng trình nên chương đề cập đến việc xác định cơng suất điện tồn nhóm chiếu sáng cơng trình Đối với nhà tập thể, chung cư, nhà trọ, khách sạn công trình cơng cộng hệ thống chiếu sáng tách thành chiếu sáng chung chiếu sáng riêng cấp điện từ mạch điện riêng biệt nhau: - Chiếu sáng chung gồm: hành lang, cầu thang, tầng hầm, nhà để xe, phòng quản lý điều hành, phòng kỹ thuật, phòng máy bơm, phòng động thang máy, phòng máy tính khu vực buồng phịng dùng chung khác cơng trình - Chiếu sáng riêng: chiếu sáng bên hộ, phòng nghỉ khách sạn, bên phịng làm việc,… cơng trình Đối với nhà riêng lẻ, biệt thự, hộ tính tốn công suất hệ thống chiếu sáng không phân biệt chiếu sáng chung chiếu sáng riêng mà xem xét với tư cách hệ thống chiếu sáng Nguyễn Mạnh Hà Trang 16 Bài giảng Kỹ thuật điện dân dụng Cơng suất tính tốn hệ thống chiếu sáng xác định theo số lượng công suất đèn theo công thức: n Pcs = knc ∑ Pñi = knc ( Pñ1 + Pñ + + Pđn ) i =1 Trong đó: n số đèn hệ thống chiếu sáng Pđi công suất đèn thứ i Knc hệ số nhu cầu lấy theo bảng sau: Loại cơng trình Cơng suất hệ thống chiếu sáng Phần 3000W Phần từ 3001W đến 120.000W Nhà riêng biệt, nhà tập thể, nhà chung cư Phần 120.000W Phần 50.000W Cơng trình y tế Phần 50.000W Phần 20.000W Khách sạn, nhà nghỉ, nhà trọ, nhà cho đối tượng Phần từ 20.001W đến 100.000W đặc biệt (làng SOS, chăm sóc thương binh,…) Phần 100.000W Phần 12.500W Nhà kho Phần 12.500W Các cơng trình khác Cơng suất Knc 1,00 0,35 0,25 0,40 020 0,50 0,40 0,30 1,00 0,50 1,00 Lưu ý tính Pđi : đèn sử dụng tăng phơ điện tử Pđi lấy cơng suất bóng đèn, đèn sử dụng tăng phơ sắt từ Pđi lấy 1,1 lần cơng suất đèn Ví dụ: Xác định cơng suất tính toán hệ thống chiếu sáng nhà biệt thự có tổng cơng suất tất đèn 4,25kW Đáp số: 3,44kW 2.4 Cơng suất tính tốn ổ cắm điện Ổ cắm điện loại thiết bị điện không thiếu cơng trình xây dựng khơng phải thiết bị tiêu thụ điện thực thụ mà phục vụ cho thiết bị điện di động (sạc pin, máy hút bụi, máy sấy tóc, bàn là,…) thiết bị điện lấy nguồn điện thông qua ổ cắm (ti vi, đầu đĩa, nồi cơm điện, bình đun nước,…) Với mức sống người dân ngày cao, số lượng ổ cắm bố trí cơng trình tăng lên sử dụng nhiều thiết bị di động Các thiết bị dùng điện từ ổ cắm điện thuộc nhóm phụ tải sinh hoạt tính đặc thù nên tách tính tốn riêng theo dẫn sau: a) Nếu ổ cắm dùng để cấp điện cho thiết bị điện cố định, xác định chủng loại, cơng suất vị trí lắp đặt (như ti vi, tủ lạnh, máy giặt,…) cơng suất tính tốn lấy cơng suất thiết bị không xem ổ cắm thiết bị tiêu thụ điện Khi tính tốn liệt kê cơng suất thiết bị theo nhóm phụ tải sinh hoạt b) Với ổ cắm chưa xác định thiết bị tiêu thụ điện phải tính riêng cơng suất ổ cắm theo cơng thức sau: Poc = kđt n.180 Trong đó: Nguyễn Mạnh Hà Trang 17 Bài giảng Kỹ thuật điện dân dụng Poc cơng suất tính tốn ổ cắm tính W n số đơn vị ổ cắm khu vực tính tốn (phịng làm việc, nhà ở,…) kđt hệ số đồng thời ổ cắm, chọn giá trị kđt khoảng 0,5÷0,8 Lưu ý: Trong trường hợp dùng ổ cắm đôi, ổ cắm 3, ổ cắm phích cắm đế ổ cắm tính tương ứng 2, 3, đơn vị ổ cắm 2.5 Phụ tải tính tốn nhà riêng lẻ, hộ nhà tập thể, hộ nhà chung cư: Trong loại nhà có phụ tải sinh hoạt, tách thành nhóm: hệ thống chiếu sáng Pcs, ổ cắm Poc thiết bị điện xác định chủng loại vị trí lắp đặt Đặc điểm phụ tải số thiết bị sử dụng điện thay đổi theo mức sống gia đình nên khó xác định trước vị trí chủng loại thiết bị điện Vì lý nên phải bố trí nhiều ổ cắm phịng Xác định phụ tải tính tốn theo theo cơng thức: n   Ptt = kñt  Pcs + Poc + ∑ Pñi  = kñt  Pcs + Poc + ( Pñ1 + Pñ + + Pñn )  i =1   Trong đó: kđt hệ số đồng thời, chọn giá trị kđt khoảng 0,5÷0,65 Pcs cơng suất chiếu sáng tính theo mục 2.3 Poc cơng suất ổ cắm chưa xác định thiết bị cụ thể, tính theo mục 2.4 n số thiết bị nhà ở, hộ Pđi công suất đặt thiết bị thứ i nhà ở, hộ (thiết bị xác định cụ thể) Hiện số gia đình kinh tế giả có trang bị hệ thống thang máy mini thang máy coi thiết bị điện sinh hoạt cụ thể (tham khảo cơng suất mục 2.2.2) Sau có Ptt xác định cơng suất phản kháng Qtt công suất biểu kiến Stt biểu kiến sau (xem mục 2.2.3): Qtt = Ptt tgϕ Stt = Ptt2 + Qtt2 Ví dụ: Một nhà riêng lẻ có số liệu cơng suất thiết bị điện sau: - Đèn tuyp dùng chấn lưu sắt từ: 50 đèn, bóng - Ổ cắm điện đơn: 50 - Ổ cắm điện đôi: 27 - Máy giặt: 01 cái, tủ lạnh: 01 cái, tivi LCD: 04 (được cấp nguồn qua ổ cắm) Xác định công suất mà lưới điện cần cung cấp cho nhà biết hệ số đồng thời ổ cắm 0,8 hệ số đồng thời toàn nhà 0,6 Đáp số: 12,1kW Nguyễn Mạnh Hà Trang 18 Bài giảng Kỹ thuật điện dân dụng 2.6 Phụ tải tính tốn cơng trình nhà tập thể, nhà chung cư, nhà trọ: Đây loại cơng trình mà phụ tải điện bao gồm phụ tải phòng (phụ tải sinh hoạt), phụ tải chiếu sáng chung (hành lang, cầu thang, nhà để xe, phòng bơm,…) phụ tải động lực dùng chung (thang máy, bơm nước, thơng gió, điều hịa trung tâm, cứu hỏa,…) Xác định phụ tải tính tốn theo theo cơng thức: n Ptt = kđt ∑ Pchi + Pcsc + 0,9 ( PTM + PBT + PÑH ) i =1 Ptt = kñt (Pch1 + Ph + + Pchn ) + Pcsc + 0,9 ( PTM + PBT + PĐH ) Trong đó: n số hộ cơng trình Pcsc cơng suất tính tốn chiếu sáng chung tồn cơng trình, tính mục 2.3 PTM cơng suất tính tốn hệ thống thang máy (nếu có) cơng trình PBT cơng suất tính tốn hệ thống bơm nước, thơng gió, cứu hỏa chung PĐH cơng suất tính tốn điều hịa trung tâm bán trung tâm (nếu có) Thông số PĐH tham khảo catologue nhà sản xuất Pchi cơng suất tính tốn hộ thứ i tính theo mục 2.5 Kđt hệ số đồng thời hộ lấy theo bảng sau: Số hộ Kđt Số hộ Kđt Số hộ Kđt đến 20 đến 24 0,49 40 đến 49 0,41 đến 0,78 25 đến 29 0,46 Từ 50 trở lên 0,4 10 đến 14 0,63 30 đến 34 0,44 15 đến 19 0,53 35 đến 39 0,42 Lưu ý cơng trình có nhà bảo vệ, nhà làm việc Ban quản lý chung cư,… có bố trí số ổ cắm phục vụ thiết bị di động, chí cịn trang bị thiết bị cố định tivi, máy tính, bình nước uống nóng lạnh, máy sạc đàm,… phục vụ cho nhân viên quản lý tòa nhà Về mặt tiêu thụ điện phụ tải phụ tải sinh hoạt, tính tốn, tồn thiết bị tính nhóm cộng thêm vào Ptt 2.6.1 Cơng suất tính tốn hệ thống thang máy PTM xác định sau: n PTM = knc ∑ PTMi = knc ( PTM + PTM + + PTMn ) i =1 Trong đó: n số thang máy cơng trình PTMi công suất thang máy thứ i Knc hệ số nhu cầu thang máy lấy theo bảng sau: Nguyễn Mạnh Hà Trang 19 ... Nguyễn Mạnh Hà Trang Bài giảng Kỹ thuật điện dân dụng trả vào lưới điện nên có tác dụng cản trở dịng điện giống điện trở R Do để đặc trưng cho tượng người ta dùng thông số điện kháng X đường dây Điện. .. nguồn điện cho phụ tải tiêu thụ điện Khái niệm nguồn điện áp thường liên quan đến nguồn cung cấp điện như: máy biến áp, máy phát điện, Nguyễn Mạnh Hà Trang Bài giảng Kỹ thuật điện dân dụng Nếu... máng cáp Hãy xác định điện trở điện kháng sợi cáp Đáp số: X= 0,021Ω; R = 0,07Ω Nguyễn Mạnh Hà Trang Bài giảng Kỹ thuật điện dân dụng Bảng tra r0 x0 cáp điện ruột đồng có điện áp 1000V Mã dây cáp