ồ án Hệ Đồ án Hệ thống cung cấp điện GVHD Nguyễn Thuỳ Dung BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TÊ KỸ T HUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN 1 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN TÊN ĐỀ TÀI Thiết kế Hệ thống cu.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN TÒA NHÀ
TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN
2.1 Tính toán phụ tải điện
2.1.1 Phương pháp tính toán phụ tải điện a Phương pháp tính toàn chiếu sáng
Hiện nay để thiết kế chiếu sang có rất nhiều phương pháp khác như như là :
- Xác định phụ tải tính toán theo hệ số sử dụng đồng thời ( ) và công suất đặt
- Xác định phụ tải tính toán theo hệ số nhu cầu ( ) và công suất đặt
Phương pháp tính toán suất phụ tải theo (W/đơn vị tính toán)
Bước 1 : Xác định suất phụ tải chiếu sáng chọn theo tiêu chuẩn QCXD 09-2005.
Bước 2 : Xác định công suất tính toán theo công thức : (W/m 2 ) Trong đó :
: Suất phụ tải chiếu sáng (W/m 2 )
Bước 3 : Chọn bóng đèn với
Bước 4 : Tính số bóng đèn :
Bước 5: Bố trí đèn trong khu vực (theo cụm hoặc theo dãy) b Phương pháp tính toán ổ cắm.
- : là công suất tính toán ổ cắm của phòng (W)
- ∶ là công suất ổ cắm trên 1m 2 sàn (W/m 2 )
STT Tên loại tải tiêu thụ điện Chiếu sáng
Thiết bị văn phòng và sinh hoạt
6 Phòng máy của thang máy 10-15 0
11 Khu thiết bị kỹ thuật 10-15 20-25
12 Nơi đỗ xe tầng hầm 3-5 0
Theo TCXD 27 năm 1991 ta có :
Số lượng ổ cắm là: (bộ )
Hệ số đồng thời ổ cắm : với
Với những trường hợp đặc biệt như phòng chỉ có từ một đến hai ổ cắm,… thì hệ số đồng thời của ổ cắm có thể thay đổi theo phụ tải.
Đối với các công trình khi đã bố trí nội thất, ta sẽ dựa vào nội thất để bố trí ổ cắm cho phù hợp với nhu cầu sử dụng và đảm bảo chỉ tiêu về thẩm mĩ và về kinh tế. c Phương pháp tính toán điều hòa.
Công thức tính công suất điều hòa
- ∶ Công suất tính toán điều hòa của phòng (W)
- : Công suất đặt của điều hòa cứ (sàn )
Tổng công suất tính toán của phòng :
• : Công suất tính toán (kW) của phòng
• : Hệ số đồng thời của phụ tủ phân phối theo số mạch (Trong phòng),
STT Số mạch Hệ số Kdt
1 2 và 3 (tủ được kiểm nghiệm toàn bộ) 0,9
CHÚ THÍCH: Nếu các mạch chủ yếu là cho chiếu sáng có thể coi Kdt gần bằng 1
Bảng 2.7 Bảng tra hệ số đồng thời của tủ phân phối theo số mạch (Trích từ Bảng 8- Hệ số đồng thời của tủ phân phối theo số mạch của TCXD - 9206)
Tổng công suất tính toán của tầng
• : Công suất tính toán (kW) của Tầng
: Công suất tính toán (kW) của phòng thứ i
• : Hệ số đồng thời của phụ tải khối Tầng,Tòa Nhà xác định theo Bảng 2.8
STT Số hộ tiêu thụ Hệ số đồng thời Kdt
Bảng 2.8 Bảng tra hệ số đồng thời trong nhà tập thể, chung cư
Tính toán công suất cả tòa( khối căn hộ):
Tổng công suất tính toán của tầng(Cả Tòa Nhà tương tự):
(Cả Tòa Nhà) (1.7) Trong đó:
• : Công suất tính toán (kW) của Tầng
• : Công suất tính toán (kW) của Cả Tòa
• : Số lượng phòng trong Tầng ( Tầng trong Cả Tòa Nhà)
• : Công suất tính toán (kW) của phòng thứ i
• : Công suất tính toán (kW) của Tầng thứ i
• : Công suất tính toán (kW) phụ tải động lực (Thang máy, máy bơm nước sinh hoạt, máy bơm nước thải, máy bơm chữa cháy)
• : Hệ số đồng thời của phụ tải khối Tầng,Tòa Nhà xác định theo bảng 2.8
• : Hệ số đồng thời của phụ tủ phân phối theo số mạch (Trong phòng), được xác định theo (Bảng 8- TCXD 9206)
Bảng 4 - Hệ số đồng thời trong nhà tập thể, chung cư
STT Số hộ tiêu thụ Hệ số đồng thời K s
2.1.2 Áp dụng tính toán phụ tải điển hình. a Tính toán phụ tải điện hình.
Phòng sinh hoạt chung – căn hộ loại 2- tầng 3:
Chiều dài: 4,8m , Chiều rộng: 4,7m , Chiều cao 2.4m
Chọn độ rọi: lx (TIÊU CHUẨN QCXD 09-2005 áp dụng cho chung cư thuộc căn hộ/không gian công cộng
Chọn (W/ ( Theo Bảng tra 2.6-Trang 5)
Công suất đặt chiếu sáng của phòng:
Chọn bộ bóng đèn PHILIPS DN130B D165 1xLED10S/840 âm trần của hãng đèn PHILIPS với các thông số sau:
Thông số kỹ thuật đèn tán quang âm trần:
Nếu chọn đèn huỳnh quang có công suất 40W,Quang thông của bóng đèn là 1520 lm thì số lượng bóng đèn là 7 bóng
Vậy nên quang thông tổng sẽ là 10640(lm)
Chọn bóng đèn PHILIPS DN130B D165 1xLED10S/840 thì :
Số lượng đèn tính toán:
Số lượng đèn thực tế chọn là 9 (bóng)
(lm) Độ rọi vẫn đạt yêu cầu
Hệ số đồng thời Kđt-1
Tổng công suất chiếu sáng của phòng:
Theo tiêu chuẩn TCVN 9206-2012 kết hợp Bảng 2.6 (Trang 5)
Chọn suất phụ tải ổ cắm phòng :
Thông số kỹ thuật Công suất
(W) Quang thông đèn(lm) Nguồn điện
Sử dụng ổ cắm đôi 2 chấu Pdm= 300 (W)
Hệ số sử dụng Ksd= 0,6
Ta có không gian cần làm lạnh là: S#m 2
Số lượng bố trí là 1 điều hòa 18000 BTU
Công suất đặt điều hòa: 18000.0,0920(W)=1,62(KW)
Ta có công suất điều hoà của phòng
� Tổng công suất tính toán của phòng sinh hoạt chung là:
: Công suất của phòng cần tính
: Do ta chia lộ cho các phụ tải để quản lý và bảo dưỡng hợp lý
Bảng 8- Hệ số đồng thời của tủ phân phối theo số mạch của TCXD - 9206
Công suất tính toán chiếu sáng, ổ cắm, điều hòa các phòng, tầng được tính toán như trên và thể hiện trong bảng Excel
Xem tại phụ lục 1,2 và 3
Phụ Lục 1 (Tính toán chiếu sáng)
Phụ lục 2 (Tính toán ổ cắm)
Phụ lục 3 (Tính chọn điều hòa)
2.1.3 Mô phỏng dialux phòng điển hình trên
Phòng sinh hoạt chung- căn hộ 2 –Tầng 3: S = 23m 2
Hình 4.2.1.Cửa sổ thông tin phòng sinh hoạt chung
Mở cửa sổ dialux điền đầy đủ thông tin:
- Vào catalogues chọn đèn PHILIPS DN130B D165 1xLED10S/840
Hình 4.2.2 Cửa sổ điền thông số kỹ thuật đèn cần dùng cho phòng sinh hoạt chung Ấn next để tiếp tục
- Nhập số hàng và số cột bố trí đèn
Hình 4.2.3 Cửa sổ phân bố đèn Ấn vào calculate để tính toán
Hình 4.2.4 Kết quả tính toán Ấn next để mô phỏng 3D
Hình 4.2.5 Cửa sổ mô phỏng hoàn thiện
Phụ tải động lực: o Chọn thang máy.
Thang máy chở khách Mitsubishi ACE-P-1350-10CO
Tốc độ lên xuống (m/ph): 750
Khả năng tải (kg): 700-900kg
Tổng công suất thang máy là :
(KW) o Tính chọn máy bơm.
Trong tòa nhà có: bơm sinh hoạt, bơm cứu hỏa , bơm nước thải
Bơm nước sinh hoạt: sử dụng 2 bơm (Công suất: 5.5Kw/bơm )
Bơm nước thải: sử dụng 1 bơm (Công suất: 1kW)
Bơm chữa cháy: sử dụng 1 bơm chính (Công suất: 110kW)
Tổng công suất bơm là
Phụ tải động lực: (KW)
Tổng công suất tính toán của Cả Tòa Nhà:
Tổng công suất toàn phần cả toà nhà
Chọn hệ số công suất : cos =0,85
Tổng công suất yêu cầu tòa nhà : =1,2.329,15=395(KVA)
2.2 Phương án cung cấp điện công trình
Nguồn điện cung cấp cho công trình là lưới điện 3 pha 110/22 KV của thành phố đi trên không Được lấy vào theo đường cáp ngầm đưa vào trạm biến áp 22/0,4 (kV) của toà nhà.
+ Xây dựng 1 trạm biến áp loại kín (trạm xây) cho công trình để dảm bảo tính an toàn cũng như tính thẩm mỹ Theo kết cấu của công trình thì trạm biến áp này sẽ đặt ở khu đất được bố trí sẵn Trạm thường bố trí thành 3 phòng : phòng cao áp, phòng máy biến áp, phòng hạ áp.
+ Cáp điện từ trạm biến áp vào tủ điện tổng toà nhà
+ Nguồn từ tủ điện tổng cấp điện cho các tủ điện tầng dùng Busway đi dọc theo thang cáp trong hộp kỹ thuật Từ tủ điện tầng cấp điện cho các bảng điện phòng đi theo máng cáp kết hợp với ống gen Bảng điện phòng cấp điện cho chiếu sáng ,ổ cắm đi theo ống gen.
+ Dây dẫn đến các thiết bị dùng loại lõi đồng, hai lớp bọc, đi trong ống
Trong mỗi đơn vị dùng điện bố trí một bảng phân phối điện, trong đó lắp các Aptomat để bảo vệ và phân phối điện đến các thiết bị dùng điện nhằm đảm bảo an toàn và tăng sự linh hoạt trong công việc điều khiển hệ thống điện Từ các tủ điện phân phối đi các phụ tải phải tính toán và bố trí sao cho công suất của các phụ tải ở các pha cân bằng nhau.
+ Tiết diện tối thiểu của dây dẫn như sau:
Dây dẫn từ công tắc ra đèn: 1,5mm2.
Dây dẫn cho mạch ổ cắm: 2,5mm2.
Dây từ tủ điện tầng đển tủ điện các phòng: 4mm2
Dây trục đứng cấp điện cho một hoặc một số tầng: 6mm2
+ Hệ thống điện chiếu sáng được bảo vệ bằng các Aptomat lắp trong các bảng điện, điều khiển chiếu sáng bằng các công tắc lắp trên tường cạnh cửa ra vào, lối đi lại, ở những vị trí thuận lợi nhất
+ Ngoài ra còn bố trí các ổ cắm điện nhằm phục vụ cho chiếu sáng cục bộ và các mục đích khác.
∗ Quy tắc lắp đặt thiết bị điện trong công trình:
+ Tủ điện tổng, tủ điện sự cố đặt ở dưới sàn nhà có giá đỡ.
+ Hộp công tơ của các tầng lắp ở độ cao 1,5m trong phòng kỹ thuật.
+ Hộp phân phối điện các phòng, công tắc lắp ở độ cao: 1,5m so với sàn nhà.
+ Các ổ cắm điện lắp trong công trình ở độ cao 0,4m so với sàn nhà, riêng các ổ cắm điện dành cho bếp điện và máy giặt lắp ở độ cao 1,5 m so với sàn nhà.
+ Toàn bộ dây dẫn được luồn trong ống nhựa chôn ngầm trần, tường, sàn và đi trong hộp kĩ thuật.
+ Cấp điện từ tủ điện tầng đến các phòng đi trong máng PVC (60 x 40) mm lắp nổi sát trần.
+ Các bóng đèn huỳnh quang một bóng lắp gắn tường có độ cao +2,6m, các đèn hắt tường có độ cao +2,4m
CHỌN CÁC THIẾT BỊ TRONG TỦ ĐIỆN TÒA NHÀ
3.1 Lựa chon và kiểm tra Aptomat
Aptomat là thiết bị đóng cắt hạ áp, chức năng của nó là bảo vệ ngắn mạch và quá tải Do nó có ưu điểm hơn hẳn cầu trì là khả năng làm việc chắc chắn, tin cậy, an toàn,đóng cắt đồng thời 3 pha và khả năng tự động hóa cao nên aptomat ngày càng được sử dụng rộng rãi trong lưới điện hạ áp công nghiệp, dịch vụ, cũng như lưỡi điện sinh hoạt mặc dù giá thành cao hơn nhưng vẫn được dùng rộng rãi trong mạng điện hạ áp.
Người ta cũng chế tạo các loại aptomat 1 pha, 2 pha, 3 pha với số cực khác nhau như 1 cực, 2 cực, 3 cực, 4 cực Ngoài ra có patomat chống rò tự động cắt mạch nếu dòng dò có trị số 30mA,100mA hoặc 300mA tùy loại.
1600 – 2000 – 2500 – 3200(A ) Được chọn theo điều kiện: Điện áp định mức: (kV)
• : Điện áp định mức aptomat
• : Điện áp định mức điện lưới
1 : Dòng điện định mức aptomat
Dòng điện cắt định mức: (kA)
3.2 Lựa chọn cáp và tiết diện dây dẫn
Có 3 phương pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn và cáp:
(A/mm2) là số ampe lớn nhất trên 1mm2 tiết diện kinh tế Tiết diện chọn theo phương pháp này sẽ có lợi về kinh tế.
Phương pháp chọn tiết diện dây theo áp dụng với lưới điện có điện áp U≥110(kV), lưới trung áp đô thị và xí nghiệp nói chung khoảng cách tải điện ngắn, thời gian sử dụng công suất lớn
Bước 1 : Căn cứ vào loại dây định dùng ( dây dẫn hoặc cáp) và vật liệu làm dây (nhôm hoặc đồng) và trị số tra bảng chọn (A/mm 2 )
1000 - 3000 3000 – 5000 5000 – 8760 Dây dẫn trần và thanh góp: Đồng 2,5 2,1 1,8
Dây cáp với cách điện giấy, dây dẫn cách điện bằng cao su và vật liệu tổng hợp có lõi: Đồng 3,0 2,5 2,0
Dây cáp lõi đồng được cách điện bằng cao su và vật liệu tổng hợp
Bảng 3.1 Bảng tra Nếu đường dây cấp điện cho nhiều phụ tải có khác nhau thì xác định trị số trung bình của theo biểu thức:
Trong đó , là phụ tải điện (phụ tải tính toán của hộ tiêu thụ)
Bước 2: Xác định dòng điện lớn nhất chạy trên các đoạn dây.
(1.9) Với n – số lộ đường dây (lộ đơn n =1, lộ kép n =2).
Bước 3: Xác định tiết diện kinh tế từng đoạn.
Căn cứ vào trị số tính được, tra sổ tay tìm tiết diện theo tiêu chuẩn gần nhất bé hơn.
Bước 4: Kiểm tra tiết diện đã chọn theo các điều kiện kỹ thuật Nếu có điều kiện nào không thỏa mãn, phải nâng tiết diện lên 1 cấp và thử lại. b Chọn tiết diện dây theo tổn thất điện áp cho phép ΔUcp
Phương pháp lựa chọn tiết diện này lấy chỉ tiêu chất lượng điện làm điều kiện tiên quyết Vì vậy, nó được áp dụng để lựa chọn tiết diện dây cho lưới điện nông thôn, đường dây tải điện khá dài, chỉ tiêu điện áp dễ bị vi phạm
Bước 1: Cho một trị số x0 lân cân 0,4 (Ω/km), trường hợp tổng quát đường dây n tải, tính được:
(1.11) Bước 2: Xác định thành phần
(1.12) Bước 3: Xác định tiết diện tính toán theo
(1.13)Chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất lớn hơn. c Chọn dây dẫn cho dòng phát nóng lâu dài cho phép
Phương pháp này tận dụng hết khả năng tải của dây dẫn và cáp, áp dụng cho lưới hạ áp đô thị, công nghiệp và sinh hoạt.
Công thức xác định thiết diện rất đơn giản:
: hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ kể đến sự chênh lệch nhiệt độ môi trường chế tạo và mội trường đặt dây, tra sổ tay.(thường được lấy bằng 1 ở 25℃)
: hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ, kể đến số lượng cáp dặt chung một rãnh, tra sổ tay. (dự án này ta lấy 0,8)
: dòng phát nóng cho phép, nhà chế tạo cho ứng với từng loại dây, từng tiết diện dây, tra sổ tay.
: dòng điện làm việc lớn nhất (dài hạn) qua cáp hạ áp là dòng định mức của máy biến áp:
Tiết diện dây khi chọn theo phải thử lại mọi điều kiện kỹ thuật, ngoài ra còn phải kiểm tra điều kiện kết hợp với các thiết bị bảo vệ
Nếu bảo vệ bằng cầu chì:
(1.16) với mạch động lực (cấp điện cho các máy) với mạch sinh hoạt.
Nếu bảo vệ bằng aptomat:
(1.17)Với là dòng khởi động nhiệt (Ikđ.nh) của aptomat trong đó 1,25 là hệ số cắt quá tải của aptomat
Chú ý: Nếu thỏa mãn thì là dây đã chọn đạt tiêu chuẩn còn nếu không thì phải chọn lại dây
3.3 Lựa chọn thanh cái cho tủ điện tòa nhà (Chọn thanh Busway) a Giới thiệu thanh Busway
- Về bản chất, Busway là cáp điện, đuợc sử dụng thay thế cáp điện, nhưng đuợc chế tạo theo dạng thanh có vỏ bọc cứng và các dây dẫn đuợc chuyển thành dạng lõi đồng hoặc nhôm, đuợc phủ vật liệu cách điện (lớp cách điện Epoxy).
- Busway có ưu điểm vượt trội so với cáp: - Năng lực dẫn điện rất lớn lên đến 6300A - Khả năng chịu quá tải của dòng làm việc của busway cao hơn cáp nhờ vào cấu trúc thanh và vật liệu cách điện (thông thường XPLE của cáp thì nhiệt độ chịu đựng chỉ là 120oC, còn Busway loại cách điện Epoxy chịu được nhiệt độ lên đến 150oC) - Ít tổn hao, khả năng trích lấy điện từ 1 trục thanh cái ra tại nhiều vị trí khác nhau trên thanh cái - Tính thẩm mỹ cao, và tiết kiệm diện tích lắp đặt, tiết kiệm diện tích tủ phân phối điện chính - Cuối cùng từ một mức dòng hoạt động nhất định (1000A cho lõi nhôm, và 1250 hoặc 1600A cho lõi đồng), toàn bộ chi phí sử dụng cho Busway, sẽ rẻ hơn khi sử dụng cáp điện thông thường + Nhược điểm: Thi công đòi hỏi độ chính xác cao b Cấu tạo thanh Busway:
- Vỏ hệ thống thanh dẫn sẽ được làm từ thép và nhôm chuẩn nhằm làm giảm từ trễ và tổn hao do dòng điện xoáy và được sơn phủ bảo vệ bằng epoxy màu xám ANSI
- Thanh dẫn được làm bằng đồng hoặc nhôm có độ dẫn điện cao được kéo nguội, mạ bạc hoặc làm từ nhôm có độ dẫn điện cao, các điểm tiếp xúc là lớp lưỡng kim nhôm đồng sử dụng công nghệ hòa trộn phân tử - Không có bu lông xuyên qua các thanh dẫn.
- Cách điện: Mỗi thanh dẫn sẽ được cách điện bằng màng polyester cấp độ B (1300C DuPont Mylar) hoặc cấp F (1550C DuPont Melinex) Không sử dụng cách điện bằng epoxy - Độ tăng nhiệt độ tại bất kỳ điểm nào của vỏ thanh dẫn sẽ không vượt quá 550C trên nhiệt độ môi trường khi vận hành ở dòng điện định mức
- Hệ thống giá treo: Các khoảng cách của giá treo sẽ được đánh dấu trên bản vẽ bố trí và không vượt quá khuyến cáo của nhà sản xuất - Các thanh dẫn feeder và plug- in được sử dụng trong nhà có thể chấp nhận khoảng cách giữa các giá treo tối đa 3m khi lắp đặt nằm ngang và 4.88m khi lắp đặt thẳng đứng Các thanh dẫn feeder sử dụng ngoài trời có thể chấp nhận khoảng cách giữa các giá treo tối đa 1.5m khi lắp đặt nằm ngang hoặc thẳng đứng c Tính chọn thanh Busway: Đặc điểm của đồng là độ dẫn điện lớn hơn 99%, của nhôm là 63-67% nên khi dùng nhôm, phải dùng thanh có tiết diện lớn hơn (nhưng vẫn nhẹ hơn, và rẻ hơn, khi cùng dòng hoạt động) Trước đây do thói quen từ cáp điện, hầu hết khách hàng tại ViệtNam đều dùng đồng, từ cuối 2007 đến nay, do cập nhật thông tin thị trường thế giới.Với dây cáp đồng có độ dẻo :nên dễ uốn, còn với thanh dẫn thì không cần uốn, nên dùng lõi nhôm trong các tòa nhà thương mại là phù hợp nhất, vì kích thước lớn hơn busway nhôm, vừa rẻ hơn 30%, vừa nhẹ hơn, mà tổn hao so với đồng Vì vậy ta lựa chọn thanh busway nhôm
Thanh cái được dùng trong các tủ động lực, tủ phân phối hạ áp, trong các tủ máy cắt, các trạm phân phối trong nhà, ngoài trời
Thanh cái trong lưới cung cấp điện được chọn theo dòng phát nóng và kiểm tra theo điều kiện ổn định động, ổn định nhiệt dòng ngắn mạch.
Do phụ tải xa nguồn nên không tính đến dòng ngắn mạch IN nên lựa chọn thanh cái căn cứ vào dòng tính toán hay đây chính là dòng tính toán lớn nhất mà thanh cái phải chịu.
Ta căn cứ vào biểu thức sau:
• với thanh góp đặt đứng (hoặc với thanh góp đặt ngang)
• : hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường ( Hệ số điều chỉnh nhiệt độ môi trường lấy )
• : Dòng điện cho phép của thanh cái do nhà sản xuất quy định ( tức dòng điện cho phép chạy qua thanh dẫn)
• : Dòng điện tính toán của tủ điện
Chú ý: Nếu thỏa mãn thì là thanh cái đã chọn đạt tiêu chuẩn còn nếu không thì phải chọn lại thanh cái thỏa mãn mới thôi
3.4.Áp dụng tính toán phòng điển hình-cụ thể căn hộ loại 2 –Tâng 3
3 : Dòng điện định mức aptomat
Ta có :Công suất tính toán của căn hộ:
Pch=0,7*(Pcs+Poc+Pđh1+Pđh2+Pđh3+Pđh4+Pnl2)c28(W)
Chọn dây cấp điện cho phòng là dây CU/PVC 2(1x4mm) + E4mm với dòng định mức là 44 (A)
Các căn hộ còn lại tính toán tương tự
Dựa vào bảng tra thanh cái
Ta chọn được thanh cái Tầng 3 là Thanh cái có kích thước 20x6 (mm 2 ) Rộng (20mm),Dày (6mm),Số lượng 1
Kết quả tính toán aptomat bảo vệ, dây dẫn, cáp và thanh cái của công trình được trình bày chi tiết trong bảng tính toán Excel
Xem tại phụ lục 4, 5 và 6
Phụ Lục 6 (Lựa chọn thanh cái)
THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP VÀ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT ,
GIỚI THIỆU TRẠM BIẾN ÁP VÀ CẤU HÌNH TRẠM BIẾN ÁP
1.1 Phương pháp lựa chọn máy biến áp (MBA).
Mục đích của trạm biến áp (TBA)
Trạm biến áp là một trong những phần tử qua trọng nhất của hệ thống cung cấp điện, TBA dùng để trao đổi điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác Các TBA, trạm phân phối, đường dây tải điện cùng với các nhà máy điện tạo thành một hệ thống truyền tải điện năng thống nhất.
∎ Công suất máy biến áp được chọn theo công thức sau :
Với trạm n máy: (KVA) Điều kiện kiểm tra sự cố một số máy biến áp trong trạm biến áp
• : Phụ tải mà trạm cần chuyển tới khi có sự cố (KVA)
• : Công suất tính toán (công suất lớn nhất của phụ tải)
• : Hệ số quá tải ứng với máy làm việc không quá 5 ngày 5 đêm ,mỗi ngày quá tải không quá 6 giờ
• : Công suất định mức của máy biến áp nhà chế tạo cho
Phương án lựa chọn TBA
Lựa chọn trạm gồm 1 máy biến áp 3pha có (KVA) -22/0,4KV cấp điện cho phụ tải tòa nhà
Bảng 1.1 Thông số của máy biến áp Tính tổn thất trong máy biến áp.
+ Tổn thất công suất MBA:
(KVA) + Tổn thất điện năng máy biến áp:
• t: Thời gian vận hành thực tế của trạm biến áp Bình thường máy biến áp được đóng điện suốt 1 năm nên lấy t = 8760 (h)
• Với tải là điện sử dụng trong khu đô thị nên: thời gian sử dụng công suất lớn nhất
Tmax = 4500 (h), với Cosφ = 0,66 ta có:
Giá tiền tổn thất điện năng 1 năm: (đồng) o Tính tổn thất điện năng trên đường dây Đường dây từ TBA trung gian về TBA phân phối của công trình dài 4km sử dụng cáp Cu/XPLE/DSTA/PVC (3x35) �� 2 có:
(Ω/km) Với mục đích xác định tổn thất điện năng, đường dây chỉ cần thay thế bằng điện trở:
- Tổn thất công suất lớn nhất trên đường dây
- Tổn thất điện năng 1 năm trên đường dây:
- Giá tổn thất điện năng 1 năm trên đường dây:
Tổng tổn thất năng 1 năm trên đường dây:
Tổng tổn thất năng 1 năm trên đường dây:
1.2 Lựa chọn loại máy biến áp.
Có 2 loại máy biến áp đó là máy biến áp ngâm dầu và máy biến áp khô.
Ta sẽ chọn loại máy biến áp ngâm dầu vì :
- Công trình đã thiết kế khu vực đặt trạm biến áp bên ngoài.
- Sử dụng máy biến áp dầu có khả năng tự làm mát máy biến áp.
- Tiết kiệm năng lương ,tiếng ồn thấp.
- Độ tin cậy cao , các hệ thống đảm bảo chất lượng.
- Khả năng chịu nhiệt , chịu ẩm ,độ ổn định ,khả năng tương thích hóa chất ,
- Công suất lớn đáp ứng nhu cầu của mỗi người dùng.
Hình 1.1: Máy biến áp ngâm dầu
1.3 Lựa chọn kết cấu trạm biến áp.
Trạm biến áp loại này thường có kết cấu như sau: Trạm treo, trạm cột (hay còn gọi là trạm bệt), trạm kín (lắp dặt trong nhà), trạm trọn bộ Căn cứ vào địa hình, vào môi trường, mỹ quan và kinh phí đầu tư mà chọn loại trạm cho thích hợp.
Qua việc phân tích ưu nhược điểm cũng như địa hình công trình thiết kế của các trạm ta sử dụng trạm kín (trạm xây cho công trình)
Trạm kín thường được dùng ở những nơi cần độ an toàn cao
Trong trạm có thể đặt một hay hai máy biến áp hoặc nhiều hơn Dưới bệ máy biến áp cần có hố dầu sự cố Cửa thông gió cho phòng máy và phòng cao, hạ áp phải có lưới chắn đề phòng chim, rắn, chuột Ưu điểm: An toàn cho người sử dụng, giá thành hợp lý
Nhược điểm: Tốn diện tích.
Bảng 1.2 Trình tự thiết kế
Lựa chọn và kiểm tra cáp Lựa chọn và kiểm tra cáp Tính toán ngắn mạch trung áp Tính toán ngắn mạch hạ áp Lựa chọn và kiểm tra chống sét van Lựa chọn máy cắt hạ áp
Lựa chọn và kiểm tra máy cắt phụ tải Lựa chọn thanh cái hạ áp
LỰA CHỌN CÁC PHẦN TỬ TRONG TRẠM BIẾN ÁP
2.1 Phần trung áp. a Lựa chọn và kiểm tra cáp trung áp
Lựa chọn tiết diện theo mật độ kinh tế của dòng điện: Phương pháp chọn tiết diện dây áp dụng với lưới điện trung áp trở lên (22kV) Bởi vì trên lưới này không có thiết bị sử dụng điện trực tiếp nên vấn đề điện áp không cấp bách, nếu chọn dây theo sẽ có lợi về kinh tế, nghĩa là chi phí tính toán hàng năm thấp nhất Lưới trung áp đô thị và xí nghiệp, nói chung khoảng cách tải điện ngắn, thời gian sử dụng công suất lớn, cũng được chọn theo.
Các bước lựa chọn tiết diện dây cáp
Bước 1 : Căn cứ vào loại dây định dung (dây dẫn hoặc cáp ) và vật liệu làm dây
(nhôm hoặc đồng ) và trị số tra bảng chọn trị số (A/mm2) theo và loại dây.
Mật độ dòng điện kinh tế ( )
Số giờ sử dụng phụ tải cực đại trong năm (h) Đến 3000 Từ 3000 đến 5000 Trên 5000
1,81,0Cáp cách điện giấy, dây
Cáp cách điện cao su hoặcnhựa tổng hợp:
2,7 1,6 Bảng 2.1 Bảng trị số Jkt
Với phụ tải điện sinh hoạt của đô thị thì = 3000 ÷ 5000 (ℎ) Tra bảng trên đồng thời xem trong tài liệu cung cấp điện của Ngô Hồng Quang thì ta chọn cáp đồng có
Bước 2: Xác định dòng điện lớn nhất chạy trên các đoạn dây:
S: Công suất biểu kiến định mức của phụ tải (KVA) n: Số lộ đường dây (lộ đơn n=1, lộ kép n=2)
Bước 3: Xác định tiết diện kinh tế từng đoạn cáp
(mm 2 ) Trong đó: F: Tiết diện dây dẫn [mm 2 ]
I: Dòng điện làm việc của đường dây [A]
: Mật độ dòng kinh tế [A/m2] giá trị mật độ dòng kinh tế
Từ F tra bảng thông số tiết diện cáp tiêu chuẩn gần nhất bé hơn
Vì để đảm bảo an toàn về phát sinh vầng quang thì tiết diện dây nhỏ nhất của cấp 110kV là 35mm 2 , vậy ta chọn: Cáp đồng 3 lõi điện áp 24kV cách điện XLPE, đai thép, vỏ PVC (do hãng CADIVI chế tạo)
Ruột dẫn Chiều dày cách điện
Chiều dày vỏ định Đường kính tổng
Khối lượng cáp gần định danh danh gần đúng đúng
Kết cấu Đường kính ruột gần đúng Điện trở
Mm 2 N 0 /mm 2 Mm Ω/km Mm Mm mm Kg/km
Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật cáp trung áp 35 mm 2 do CADIVI chế tạo
-CC: Ruột dẫn tròn xoắn ép chặt
Bước 4: Kiểm tra tiết diện đã chọn theo các tiêu chuẩn kỹ thuật:
- ∆�bt; ∆�sc: là tổn thất điện áp lúc đường dây làm việc bình thường và khi đường dây gặp sự cố nặng nề nhất (đứt 1 đường dây trong lộ kép, đứt đoạn dây trong mạch kín)
- ∆�btcp; ∆�sccp: trị số ∆U cho phép lúc bình thường và lúc có sự cố
+ Với U ≥ 110(kv): ∆�btcp = 10%�đm; ∆�sccp = 20%�đm
+ Với U ≤ 35 (kv): ∆�btcp = 5%�đm; ∆�sccp = 10%�đm
- � sc ; � cp : dòng điện sự cố lớn nhất qua dây dẫn và dòng điện phát nóng lâu dài cho phép
Ngoài ra cần phải kiểm tra ổn định nhiệt dòng ngắn mạch của tiết diện:
� – hệ số nhiệt, với cáp đồng � = 6, với cáp nhôm � = 11
�qd – thới gian quy đổi, với lưới trung và hạ áp lấy bằng thời gian cắt ngắn mạch (�qd =�c) thường tc = 0,5÷ 1(�)
Kiểm tra các điều kiện kỹ thuật:
- Tổng trở 3 km đường dây trên không AC-6:
- Tổng trở 20m đường cáp ngầm CU/XLPE/PVC/DSTA/PVC 24KV –(3x35) mm 2
- Tổn thất điện áp trên cả 2 đoạn đường dây là cosφ =0,8 ÷ 0,85 nên chọn cosφ = 0,85
Do điện áp U "kV < 35kV nên ta sẽ áp dụng
Tiết diện cáp trung áp ta dùng sẽ là CU/XLPE/PVC/DSTA/PVC 24KV- (3x 35)
�� 2 do hãng CADAVI chế tạo b Tính toán ngắn mạch trung áp
Hình 2.1 Sơ đồ tính toán ngắn mạch hạ áp Ngắn mạch tại lưới trung áp được coi là ngắn mạch xa nguồn, tại đó dòng ngắn mạch thành phần không chu kỳ đã tắt, chỉ còn dòng ngắn mạch chu kỳ Dòng ngắn mạch chu kỳ còn gọi là dòng ngắn mạch siêu quá độ hoặc dòng ngắn mạch vô cùng:
Vì không biết kết cấu lưới điện quốc gia cho nên không thể tính được tổng trở của hệ thống cung cấp điện Để tính ngắn mạch trung áp cho phép coi nguồn công suất cấp cho điểm ngắn mạch là công suất cắt định mức của máy cắt đầu đường dây đặt tại trạm biến áp trung gian.
- Điện áp trung bình của lưới điện:
�cđm: Công suất cắt định mức của máy cắt đầu nguồn đặt tại trạm BATG cấp điện cho điểm ngắn mạch giả thiết máy cắt ở trạm trung gian sử dụng �cđm = 250 (MVA) (máy cắt của Liên Xô).
- Dòng ngắn mạch tại điểm N
(��) Điều kiện ổn định nhiệt của tiết diện cáp:
Với cáp ở công trình được sử dụng là cáp đồng nên ;
Vậy chọn cáp là phù hợp với độ ổn định nhiệt c Lựa chọn và kiểm tra chống sét van
Chống sét van là thiết bị chống sét từ ngoài đường dây trên không truyền vào trạm biến áp và trạm phân phối Chống sét van gồm có 2 phần tử chính là khe hở phóng điện và điện trở làm việc Với điện áp định mức của lưới điện, điện trở chống sét van có trị số vô cùng lớn không cho dòng điện đi qua, khi có điện áp sét điện trở giảm xuống tới không, chống sét van tháo dòng sét xuống đât Trong tính toán thiết kế chọn chống sét van dựa vào � đmcsv ≥� đmLĐ Trạm biến áp được cấp điện từ đường dây ĐDK 22kV nên ở phía cao áp ta đặt chống sét van do simens chế tạo loại 3EG4. Kết quả thống kê cho trong bảng dưới:
Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật chống sét van. d Lựa chọn và kiểm tra máy cắt phụ tải
Máy cắt phụ tải bao gồm cầu dao phụ tải (CDPT) và cầu chì (CC): CDPT có thể đóng cắt mạch điện khi đang mang tải ở lưới trung áp nhưng không cắt được dòng điện ngắn mạch, CC sẽ đảm nhiệm
Loại Vật liệu vỏ Uđmcsv
Dòng điện kháng định mức Ka
Các điều kiện chọn và kiểm tra Điều kiện
Dao cắt Điện áp định mức (kV) Dòng điện định mức (A) Dòng ổn định động (kA) Dòng ổn định nhiệt (kA)
Dòng điện định mức của cầu chì (A) Dòng cắt định mức của cầu chì
(KA) Công suất ịnh mức đ của cầu chì (MVA)
Bảng 2.4 Điều kiện kiểm tra máy cắt phụ tải Trong đó:
UđmLĐ: Điện áp định mức của lưới điện (kv)
Icb: dòng cưỡng bức, dòng làm việc lớn nhất đi qua máy cắt
IN; I’’: dòng ngắn mạch vô công và siêu quá độ trong tính toán ngắn mạch lưới cung cấp điện, coi ngắn mạch là xa nguồn, các trị số này bằng nhau và bằng dòng ngắn mạch chu kỳ
Ixk: Dòng điện ngắn mạch xung kích, là trị số tức thời lớn nhất của dòng ngắn mạch
S’’: Công suất ngắn mạch: tôdn: Thời gian ổn định nhiệt định mức, nhà chế tạo tqd: Thời gian quy đổi, xác định bằng cách tính toán và tra đồ thị Trong tính toán thực tế lưới trung áp, người ta cho phép lấy ��� bằng thời gian tồn tại ngắn mạch, nghĩa là bằng thời gian ngắn mạch
Khi đó dòng điện lâu dài lớn nhất qua cầu chì, cầu dao phụ tải là dòng quá tải của công trình:
Chọn dao cắt phụ tải do Siemen chế tạo thông số kỹ thuật dao cắt phụ tải chọn tra ở “Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện của Ngô Hồng Quang” Bảng thông số kỹ thuật cầu dao phụ tải SF6 do ABB chế tạo
Loại dao cắt phụ tải
Bảng 2.5 Thông số kỹ thuật máy cắt phụ tải.
Bảng 2.6 Thông số kỹ thuật cầu chì ống do Siemens chế tạo.
Các điều kiện chọn và kiểm tra Điều kiện
Dao cắt Điện áp định mức (kV)
Dòng điện định mức của cầu chì (A)
Dòng cắt định mức của cầu chì (KA)
Công suất ịnh mức đ của cầu chì (MVA)
Scđm = ≥ S’’Bảng 2.7 Điều kiện chọn cầu dao và cầu chì hạ áp a Lựa chọn cáp
Lựa chọn cáp hạ áp thì lựa chọn theo dòng phát nóng Icp sẽ được xác định cụ thể
K1: là hiệu số chỉnh nhiệt độ kể đến sự chênh lệch nhiệt độ môi trường chế tạo và môi trường đặt dây dẫn và thường được lấy =1 ở 25℃
K2: là hiệu chỉnh nhiệt độ, kể đến số lượng đặt dây chung trong một rãnh
Icp: là dòng phát nóng cho phép, nhà chế tạo cho ứng với từng loại dây, từng tiết diện
Itt: dòng làm việc lớn nhất qua dây
Sau khi tìm được dòng cho phép rồi thì ta cần thử lại bằng cách:
(2.9) Chú ý: Đối với những tải có dòng lớn nên dùng cáp lớn hơn 1 cáp (gộp cáp) Lựa chọn tiết diện cáp hạ thế cụ thể sau:
Từ máy biến áp có S = 560KVA tới tủ phân phối 1
(A) Lựa chọn cáp là gộp 7 cáp CU/XLPE/PVC 0,6/1KV – (2x50) mm2 do CADDIVI chế tạo có dòng cho phép của cáp 2 lõi là Icp "5 (A)
Dòng cắt định mức của cầu chì (KA)
Công suất định mức của cầu chì (MVA)
K2 = 0,7 (tra ở bảng PL28 – Giáo Trình Cung Cấp Điện của T.s Ngô Hồng Quang)
Chọn cáp hạ áp là gộp 7 cáp CU/XLPE/PVC 0,6/1KV – (2x50) mm2 là thỏa mãn. b Tính toán ngắn mạch phía hạ áp
Ngắn mạch hạ áp là ngắn mạch xa nguồn Để tính toán ngắn mạch hạ áp cho phép coi trạm TBAPP là nguồn Khi đó tổng trở hệ thống chính là tổng trở của trạm biến áp
∆� N ; � N : Tổn hao ngắn mạch (KW) và điện áp ngắn mạch (%) của biến áp, nhà chế tạo cho
�đmB; �đmB: Điện áp định mức (KV) và công suất định mức (KVA) của biến áp n: Số máy biến áp đặt trong trạm o Từ máy biến áp có S = 560 (KVA)-22/0,4 (KV) của Thibidi tra sổ tay có ∆PN 11 (�); �N = 4,5% ta tính được:
�B �B = = 5,61(mΩ) Dòng điện ngắn mạch tại điểm N từ máy biến áp là
(��) c Tính toán lựa chọn máy cắt hạ áp (aptomat tổng)
Máy cắt điện là thiết bị đóng cắt mạch điện, có chức năng cắt dòng ngắn mạch để bảo vệ các phần tử của hệ thống điên Máy cắt điện nói chung và máy cắt hạ thế nói riêng nó có nhiệm vụ bảo vệ thanh cái của các tủ phân phối hạ thế.
Dòng điện cưỡng bức chính là dòng điện qua máy biến áp có S V0KVA
Chọn loại máy cắt 3AF 104 - 4 do hãng ABB chế tạo có dòng làm việc định mức 1250(A) Sổ tay tra cứu và lựa chọn từ 0,4-500 (kv) của Ngô Hồng Quang
Mã sản phẩm Uđm (KV) Iđm (A) IN (KA)
Bảng 2.8 Thông số kỹ thuật và điều kiện kiểm tra máy cắt hạ áp.
TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP
Hệ thống nối đất (còn gọi là hệ thống tiếp điện) trong trạm biến áp thực hiện cả ba chức năng: làm việc, chống sét, an toàn.
Quy phạm quy định về trị số điện trở nối đất Rđ của hệ thống nối đất như sau (với đồng bằng):
+ Với trạm BATG điện áp: Uđm ≤ 35(kV): Rđ ≤ 1(Ω)
+ Với trạm BATG điện áp: Uđm ≥ 110 (kV): Rđ ≤ 0,5 (Ω)
Cách thực hiện nối đất:
Từ mặt hoàn thiện đến cọc là 0,7m
Kết nối các cọc với nhau bằng dây thép hoặc dây đồng: Dây thép D16 hoặc thép dẹt (30x3) mm2, dây đồng (1x10) mm2
Từ mặt hoàn thiện đến dây nối các cọc là 0,8m
Khoảng các giữa các cọc là a ≥ 2,5m
Khoảng cách với móng nhà là 3m
Tối thiểu phải có 2 nguồn dẫn điện sét từ mái xuống
Ta có các loại cọc sau: L(60x60x6), L(70x70x7)
Quy phạm quy định trị số điện trở nối đất Rđ của một cột như sau:
+ Vùng đồng bằng: điện trở suất ρ ≤ 10 4 Ω/cm → Rđ ≤ 10Ω
+ Vùng trung du: ρ = 10 4 ÷ 5.10 4 Ω/cm → Rđ ≤ 15Ω
+Vùng núi: ρ = 5.10 4 ÷ 10 10 4 Ω/cm → Rđ ≤ 20Ω Áp dụng
Trong bài ta sẽ sử dụng trạm biến áp kiểu xây có kích thước trạm là (5x6) m Điện trở suất: ρ =0,4 10 4 (Ω/cm) vì công trình được xây dựng ở đồng bằng hệ số mùa an toàn = 1,5 và việc làm giảm giá trị điện trở nối đất xuống dưới 10 Ω tạo thuận lợi cho việc giảm chênh lệch điện thế xung quanh các cực nối đất khi tiêu tán dòng chống sét Nó có thể làm giảm nguy cơ lan truyền sét vào kim loại trong hoặc trên công trình
Sử dụng cọc thép góc L (60x60x6) và thanh nối thép dẹt 40x4mm
Ta có điện trở nối đất của 1 cọc là:
Số cọc sơ bộ là:
(2.10) trong đó: ηc – hệ số sử dụng cọc (tra sổ tay)
Ryc – điện trở nối đất yêu cầu, Ryc = 4(Ω)
Tra sổ tay ta có ηc = 0,8
Vậy ta có số cọc sơ bộ cần dùng là: cọc ≈ 6 �ọ�
Mạch vòng sẽ đi bên ngoài tường rào với khoảng các 3m so với móng nhà: mạch vòng cọc có chu vi là l =2(8 + 9) = 34m Thép dẹt chộn ở độ sâu 0,8m Tính điện trở nối đất ở độ sâu này phải nhân thêm hệ số 3. Điện trở của thanh thép nối là:
(2.11) Trong đó: l – chiều dài (chu vi) của mạch vòng b – bề rộng thanh nối: b = 4cm t – chiều sâu chôn thanh nối t = 0,8m = 80cm
Vậy điện trở của thanh thép nối là: Điện trở thực tế của thanh nối xét đến hệ số sử dụng thanh cái = 0,45 Điện trở nối đất cần thiết của toàn bộ số cọc là:
Vậy số cọc cần đóng là: cọc Căn cứ vào mặt bằng trạm ta đặt 4 cọc Điện trở nối đất thực tế nhỏ hơn 4 Ω
Việc nối từ các thiết bị trong trạm vào hệ thống nối đất được thực hiện như sau: + Từ hệ thống nối đất để sẵn 2 đầu nối (còn gọi là con bài)
+ Trung tính máy biến áp nối vào 1 con bài bằng dây cáp đồng tiết diện 95mm2. + Toàn bộ các phần bằng sắt của trạm (của sắt, xà sắt, vỏ biến áp, tủ phân phối) nối vào 1 con bài bằng thép Ф10
Vậy ta sẽ chia ra làm 2 khu vực nối đất riêng để bảo vệ cho tòa nhà:
Khu vực 1: nối đất an toàn điện: S = (7 x 3,5) với 4 cọc
Khu vực 2: nối đất chống sét: S = (7 x 3,5) với 4 cọc
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHỐNG SÉT VÀ NỐI ĐẤT CHO TÒA NHÀ
Chống sét (hay còn gọi là sự phóng điện dông) là một nguồn điện từ mạnh phổ biến nhất xảy ra trong tự nhiên Nguyên nhân làm xuất hiện sét là do sự hình thành các điện tích khối lớn Nguồn sét chính là các đám mây mưa dông mang điện tích dương và âm ở các phần trên và dưới của đám mây, chúng tạo ra xung quanh đám mây này một điện trường có cường độ lớn.
Có 3 loại sét đánh đó là :
- Các giải pháp chống sét :
Có 3 giải pháp chống sét đó là
• Mô hình học : Phương pháp cổ điển hay là ứng dụng cột thu sét Franklin hạn chế sét đánh trực tiếp rất hiệu quả nhưng chỉ áp dụng với những công trình cao từ 15- 20m
• Mô hình điện hình học (quả cầu lăn ) : Đối với các công trình xây dựng có chiều cao lớn hơn 20-45m Người ta hình dung ra các quả cầu có đường kính 20-45-60m ( tương ứng với các mức bảo vệ cao, thấp, khác nhau) được lăn theo phía ngoài những bức tường và trên đỉnh mái của toà nhà để xác định vùng bảo vệ, đồng thời xác định những vị trí, chiều cao và số lượng những kim thu sét và mạng dây thu sét nằm ngang cần thiết để bảo vệ toà nhà khỏi sét đánh.Đặc biệt mô hình này có thể chống được cả sét đánh ngang
• Mô hình phát tia tiên đạo sớm :Áp dụng với các công trình có chiều cao lên tới 300m Vùng bảo vệ có dạng hình chuông, bán kính rất rộng với một cực thu sét ít hơn rất nhiều Mức bảo vệ có thể lên đến 98% tỷ lệ xác suất dòng sét đánh.
4.2 TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT
4.2.1 Tính toán chống sét cho tòanhà.
Chống sét (hay còn gọi là sự phóng điện dông) là một nguồn điện từ mạnh phổ biến nhất xảy ra trong tự nhiên Nguyên nhân làm xuất hiện sét là do sự hình thành các điện tích khối lớn Nguồn sét chính là các đám mây mưa dông mang điện tích
- Các giải pháp chống sét :
Có 3 giải pháp chống sét đó là
• Mô hình học : Phương pháp cổ điển hay là ứng dụng cột thu sét Franklin hạn chế sét đánh trực tiếp rất hiệu quả nhưng chỉ áp dụng với những công trình cao từ 15- 20m
• Mô hình điện hình học (quả cầu lăn ) : Đối với các công trình xây dựng có chiều cao lớn hơn 20-45m Người ta hình dung ra các quả cầu có đường kính 20-45-60m ( tương ứng với các mức bảo vệ cao, thấp, khác nhau) được lăn theo phía ngoài những bức tường và trên đỉnh mái của toà nhà để xác định vùng bảo vệ, đồng thời xác định những vị trí, chiều cao và số lượng những kim thu sét và mạng dây thu sét nằm ngang cần thiết để bảo vệ toà nhà khỏi sét đánh.Đặc biệt mô hình này có thể chống được cả sét đánh ngang
• Mô hình phát tia tiên đạo sớm :Áp dụng với các công trình có chiều cao lên tới 300m Vùng bảo vệ có dạng hình chuông, bán kính rất rộng với một cực thu sét ít hơn rất nhiều Mức bảo vệ có thể lên đến 98% tỷ lệ xác suất dòng sét đánh.
Thiết kế chống sét cho tòa nhà :
Hình 2.1 Toà nhà và hệ thống chống sét bảo vệ
Bầu kim PDC E60 có đường kính 83mm, chiều cao 410mm chứa thiết bị phát tia tiên đạo tạo đường dẫn sét chủ động.
- Đặt 01 bộ thiết bị thu sét PDC E60 có chiều dài tiêu chuẩn 410cm là một khối bằng thép không gỉ siêu bền Kết cấu PDC E60 này được liên kết với bộ ghép nối bằng Inox & chân trụ đỡ do vậy chịu mọi hoàn cảnh thời tiết khắc nghiệt và được đặt trên mái công trình có bán kính bảo vệ cấp III Rbv2m
-Thiết bị thu sét được đặt tại vị trí cao nhất của công trình và bán kính bảo vệ được tính theo công thức sau đây:
Rp : Bán kính bảo vệ mặt phẳng ngang tính từ chân đặt kim thu sét h : Chiều cao đầu thu sét ở trên bề mặt được 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 với: D`m
4.2.2 Thiết kế hệ thống nối đất cho tòa nhà
Hệ thống nối đất an toàn thiết bị điện: Hệ thống cung cấp điện làm nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng đến các hộ tiêu thụ dùng điện Vì vậy đặc điểm quan trọng của hệ thống cung cấp điện là phân bố trên diện tích rộng và thường xuyên có người làm việc với các thiết bị điện Cách điện của các thiết bị điện hỏngngười vận hành không tuân theo các quy tắc an toàn … Đó là những nguyên nhân dẫn đến các tai nạn điện giật Nối đất là biện pháp an toàn trong hệ thống cung cấp điện Nếu cách điện bị hỏng vỏ thiết bị sẽ mang điện áp sẽ có dòng rò chạy từ vỏ thiết bị xuống đất lúc này nếu người chạm vào vỏ thiết bị thi điện trở R người được mắc song song với điện trở nối đất Rnđ Lúc này dòng điện chạy qua người sẽ
(�đ – dòng điện chạy qua điện trở nối đất) (2.13) Đảm bảo an toàn cho người vận hành các thiết bị điện trong hệ thống nên yêu cầu của hệ thống nối đất an toàn điện rất cao: ≤ 4 Ω
Hệ thống nối đất chống sét: Sét đánh trực tiếp hoặc gián tiếp vào thiết bị điện không những làm hỏng thiết bị điện mà còn gây nguy hiểm cho người vận hành. Đảm bảo an toàn cho con người và tài sản trong tòa nhà trước tác động của hiện tượng sét thì hệ thống nối đất phải có ≤ 10 Ω
Thiết kế hệ thống nối đất chống sét và nối đất an toàn điện phải tuân theo tiêu chuẩn nối đất an toàn điện TCVN 46-84 hiện hành của Việt Nam Tất cả các vỏ kim loại của tủ điện, hộp aptomat phải được nối vào hệ thống nối đất an toàn điện Hệ thống nối đất an toàn điện độc lập với hệ thống nối đất chống sét.
Thiết kế hệ thống nối đất an toàn điện cho tòa nhà và nối đất chống sét Điện trở suất của đất là 0,4.10 4 Ω/cm
Hệ số mùa an toàn: = 1,5
Giả thiết bố trí mặt bằng nối đất theo vòng Điện cực nối đất là cọc thép có đường kính d = 16mm, dài 2,5m và thanh nối là thép dẹt 40x4, dài 2,5m, độ sâu chôn cọc là 0,8m Điện trở suất lớn nhất:
Ta có điện trở nối đất của 1 cọc là:
Vậy ta có số cọc sơ bộ cần dùng là: cọc ≈ 6 �ọ�
Xác định điện trở thanh nối: Bố trí nối đất mạch vòng có chu vi l= 2.(7+3,5)!m. Thép dẹt chôn sâu 0,8m Tính ở độ sâu này phải nhân với hệ số Điện trở thanh thép nối:
Tra bảng tìm được: ��= 0,4 tính được điện trở nối đất thực tế của thanh nối: Điện trở nối đất cần thiết của toàn bộ số cọc là:
Vậy số cọc cần đóng là: cọc Dựa trên mặt bằng chọn đóng 4 cọc. Điện trở nối đất thực tế nhỏ hơn 4(Ω)
Như vậy thiết bị nối đất theo thiết kế đảm bảo yêu cầu
Sử dụng các có đường kính d = 16mm, dài 2,5m và thanh nối là thép dẹt 40x4, dài 2,5m, độ sâu chôn cọc là 0,8m dùng để chọn để tính toán như trên.
4.2.3 Tính toán nối đất cho tòa nhà
- Do công trình xây dựng trên nền đất đồng bằng nên điện trở suất của đất
�đấ� = 1.10 4 (Ω.cm); hệ số mùa an toàn: km = 1,5
- Giả thiết bố trí mặt bằng nối đất theo dãy Điện cực nối đất là cọc thép góc L60x60x6, dài l = 2.5m, chôn sâu tc = 0.8m
Ta có điện trở nối đất của 1 cọc là:
� – Điện trở suất của đất (�.�) k - Hệ số mùa
- Xác định sơ bộ số cọc:
- : là điện trở nối đất của một cọc
- : là điện trở nối đất yêu cầu theo quy định, �đ (Ω)
- : là hệ số sử dụng cọc, tra sổ tay có = 0,7-0,9 ta chọn =0,8
-Xác định thanh nối nằm ngang: