(TIỂU LUẬN) THIẾT kế CUNG cấp điện CHO CAO ốc căn hộ AN dân và CHUYÊN đề THIẾT kế hệ THỐNG điện mặt TRỜI CHO tòa NHÀ

Ý nghĩa, nhiệm vụ thiết kế cung cấp điện tòa nhà

Hiện nay, Việt Nam đang thực hiện công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, dẫn đến sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp với nhiều nhà máy, xí nghiệp, và đô thị mới Sự gia tăng này đã tạo ra nhu cầu điện năng ngày càng cao trong các lĩnh vực khác nhau Hơn nữa, điện năng còn được xem là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá mức độ phát triển của quốc gia và thành phố.

Thiết kế cung cấp điện là quá trình trình bày các lý thuyết cơ bản và công thức tính toán để lựa chọn các phần tử điện phù hợp với từng đối tượng Quá trình này bao gồm việc tính toán phụ tải, thiết kế chiếu sáng, và xác định dung lượng bù cần thiết nhằm giảm thiểu tổn thất điện áp và điện năng trên lưới trung và hạ áp, cũng như lựa chọn dây dẫn và thiết bị Để một luận văn thiết kế cung cấp điện đạt yêu cầu cho bất kỳ công trình nào, cần đảm bảo các tiêu chí nhất định.

Độ tin cậy trong cấp điện được xác định bởi tính liên tục của nguồn điện, điều này phụ thuộc vào quy mô và đặc điểm của từng loại phụ tải cũng như từng công trình cụ thể.

Chất lượng điện được xác định thông qua các chỉ tiêu như tần số và điện áp Mỗi hộ tiêu thụ và phụ tải sử dụng đều có những yêu cầu riêng về chất lượng điện, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ bền của thiết bị điện.

Đảm bảo an toàn là yếu tố quan trọng hàng đầu trong các công trình cấp điện, bao gồm an toàn cho người vận hành, người sử dụng, thiết bị và toàn bộ công trình.

Trong quá trình thiết kế, người thiết kế phải xem xét nhiều phương án khác nhau và nghiên cứu kỹ lưỡng để đảm bảo sự cân bằng giữa yếu tố kỹ thuật và kinh tế.

Giới thiệu sơ lược về tòa nhà

Căn hộ An Dân Residence Thủ Đức nằm tại số 870 đường Quốc lộ 1A, phường Linh Trung, quận Thủ Đức, TP.HCM Với vị trí đắc địa giáp 2 mặt tiền đường Quốc lộ 1A và Phạm Văn Đồng, cư dân dễ dàng di chuyển đến các khu vực lân cận như quận 2, quận 1, quận Bình Thạnh và quận 9.

Dự án An Dân Residence có tổng diện tích 17.288m2, với 6.742m2 dành cho xây dựng, tương ứng với mật độ xây dựng 39% Khu vực cây xanh và sân vườn chiếm 3.392m2 Dự án bao gồm 4 tòa cao ốc 17 tầng nổi và 1 tầng hầm, cung cấp khoảng 1.111 căn hộ cho thị trường.

Giới thiệu phụ tải điện, nội dung thiết kế điện của tòa nhà

Giới thiệu phụ tải điện của tòa nhà

Nguồn điện chính được cung cấp từ lưới trung thế 22kV của điện lực, sử dụng sơ đồ mạch vòng nhằm đảm bảo tính liên tục trong cung cấp điện Trong chung cư, các phụ tải được phân chia thành hai nhóm khác nhau.

+ Nhóm 1: Các tải căn hộ khối C&D

Nhóm 2 bao gồm các tải công cộng khối C&D, sử dụng nguồn điện 3 pha 380V để cung cấp năng lượng cho các thiết bị động lực như bơm cấp nước, bơm thoát nước, bơm tăng áp, bơm chữa cháy, quạt gió tươi, quạt gió thải, quạt JET FAN và động cơ thang máy.

Nguồn điện 1 pha 220V cung cấp cho phụ tải chiếu sáng, ổ cắm, máy lạnh, máy nước nóng dùng trong các căn hộ (thuộc phụ tải khối căn hộ C&D)

Máy biến áp, máy phát điện, tủ điện tổng MSB và các tủ DB như tủ bơm chữa cháy, bơm cấp nước và bơm thoát nước đều được lắp đặt tại tầng hầm.

Nguồn điện 22kV được cung cấp qua hệ thống cáp nguồn trung thế chôn ngầm, dẫn đến máy biến áp Từ máy biến áp, điện được chuyển đến tủ điện tổng của tòa nhà qua các thanh dẫn điện Tủ điện tổng cung cấp điện cho tầng 1 và các tầng trên thông qua hệ thống thanh dẫn Busway thẳng đứng trong hộp gain điện Tại mỗi tầng, điện từ Busway được đưa về tủ điện tầng, từ đó phân phối đến từng phòng.

Nội dung thiết kế điện của tòa nhà

Đề tài thiết kế luận văn tốt nghiệp yêu cầu tính toán chính xác và chi tiết cho công trình, nhưng do thời gian hạn chế, chúng ta chỉ tập trung vào việc tính toán cho những hạng mục quan trọng nhất.

Sau đây là những nội dung chính mà bản thiết kế sẽ đề cập đến:

• Tính toán phụ tải, bù công suất phản kháng

• Lựa chọn máy biến áp, máy phát dự phòng, bộ chuyển nguồn ATS

• Tính toán lựa chọn dây dẫn, kiểm tra sụt áp

• Tính toán ngắn mạch, lựa chọn thiết bị bảo vệ

• Lựa chọn sơ đồ nối đất, tính toán hệ thống nối đất và chống sét.

THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG

Cơ sở lí thuyết chiếu sáng

2.1.1 Tính chất của việc thiết kế lắp đặt:

Khi thiết kế chiếu sáng cho phòng học, giảng đường và các phòng hành chính, cần kết hợp ánh sáng tự nhiên với ánh sáng đèn để đảm bảo môi trường học tập và làm việc hiệu quả Yêu cầu đặt ra cho người thiết kế là tạo ra một hệ thống chiếu sáng hài hòa, đáp ứng nhu cầu sử dụng và nâng cao trải nghiệm cho người học và làm việc.

• Đảm bảo độ rọi đầy đủ trên bề mặt làm việc

• Độ rọi phân bố đồng đều, ổn định trong quá trình chiếu sáng trên phạm vi bề mặt làm việc bằng cách hạn chế dao động của lưới điện

Để đảm bảo sự truyền sáng tốt nhất và hạn chế lóa mắt cũng như mệt mỏi trong quá trình làm việc và học tập, việc tập hợp quang phổ ánh sáng là rất quan trọng.

Để hạn chế sự phản xạ chói từ nguồn sáng, cần sử dụng ánh sáng phản xạ và lựa chọn cách bố trí đèn cũng như chiều cao treo đèn phù hợp với địa hình.

2.1.2 Trình tự tính toán chiếu sáng a) Chọn các thiết bị chiếu sáng

Sự lựa chọn thiết bị chiếu sáng phải dựa trên các điều kiện sau:

• Tính chất của môi trường xung quanh

• Các yêu cầu về sự phân bố ánh sáng và giảm chói

• Các phương án kinh tế b) Chọn nguồn sáng:

Việc lựa chọn nguồn sáng tuân thủ các tiêu chuẩn sau đây:

• Nhiệt độ màu được chọn theo biểu đồ Kruithof

Để thiết kế hệ thống chiếu sáng trong nhà, cần lựa chọn giữa việc sử dụng chiếu sáng tăng cường và gián đoạn, đồng thời áp dụng các phương thức chiếu sáng phù hợp.

• Hệ II (chiếu sáng hỗn hợp) d) Chọn độ rọi E

Việc lựa chọn độ rọi phụ thuộc vào các yếu tố sau:

• Loại công việc, kích thước của vật, sự khác biệt của vật và hậu cảnh

• Mức độ tập trung, căng thẳng của công việc

• Lứa tuổi người sử dụng

• Hệ chiếu sáng loại nguồn sáng lựa chọn e) Chọn hệ số dự trữ k (hệ số bù d):

Trong thiết kế chiếu sáng, cần chú ý rằng trong quá trình vận hành, giá trị độ rọi trên mặt phẳng làm việc sẽ giảm, do đó cần tính toán công suất một cách hợp lý để đảm bảo hiệu quả chiếu sáng.

Những nguyên nhân chính làm giảm độ rọi E là:

• Giảm quang thông của nguồn sáng trong quá trình làm việc

• Giảm hiệu suất của đèn khi thiết bị chiếu sáng, tường, trần bị bẩn

Khi tính toán công suất nguồn sáng để đảm bảo giá trị tiêu chuẩn trên bề mặt làm việc trong quá trình vận hành thiết bị chiếu sáng, cần xem xét hệ số bù d, đại diện cho sự suy giảm độ rọi E.

2.1.3 Phương pháp tính toán chiếu sáng:

Sử dụng phương pháp tính toán chiếu sáng theo hệ số sử dụng gồm các bước:

• Nghiên cứu đối tượng chiếu sáng

• Lựa chọn độ rọi yêu cầu

• Lựa chọn chiều cao treo đèn

Tùy thuộc vào đặc điểm của đối tượng, loại công việc, loại bóng đèn, mức độ giảm chói và bề mặt làm việc, việc phân bố đèn có thể thực hiện sát trần (h’=0) hoặc cách trần một khoảng h’.

+Khi đó độ treo đèn so với bề mặt làm việc là: h tt = h-h’ (1.1)

• Xác định các thông số kĩ thuật ánh sáng:

Phân bố các bộ đèn

Phân bố cho độ rọi đồng đều và tránh chói, đặc điểm kiến trúc của đối tượng, phân bố đồ đạc

Thỏa mãn các yêu cầu về khoảng cách tối đa giữa các dãy, giữa các đèn trong cùng 1 dãy

Tính toán chiếu sáng các tầng

• Trong để tài này việc tính toán chiếu sáng sẽ áp dụng tiêu chuẩn Việt Nam 7114:2002

Chỉ tiêu chiếu sáng hiệu quả bao gồm việc áp dụng phương pháp chiếu sáng chung đều, kết hợp với chiếu sáng cục bộ cho những khu vực cần độ rọi đặc biệt.

Thiết kế chiếu sáng cho cao ốc căn hộ An Dân

Tầng hầm bao gồm nhiều khu vực quan trọng như khu để xe, phòng máy biến áp khô, phòng tủ điện, và phòng điều khiển cháy Ngoài ra, còn có phòng điện nhẹ, phòng máy phát điện, sảnh, thang máy, cầu thang, và hành lang, tất cả đều góp phần vào sự vận hành hiệu quả và an toàn của tòa nhà.

• Tính toán chiếu sáng cho phòng điều khiển tầng Hầm

Chiều dài a =8.4(m); chiều rộng b =3.5(m), chiều cao h =4(m)

Mô phỏng trên Dialux Evo:

Ta có bảng phân bố chiếu sáng cho tầng hầm

Tầng Vị trí chiếu sáng Bóng đèn Bộ đèn Số bộ đèn

Mã hiệu Quang thông (lm)

Hầm Phòng điều khiển TUBE LED 1m2 37W MIRZ54 3700 1 4

Phòng máy biến áp khô

Phòng tủ điện TUBE LED 1m2 37W MIRZ54 3700 1 9

Phòng điện nhẹ TUBE LED 1m2 37W MIRZ54 3700 1 3

Khu để xe TUBE LED 1m2 37W MIRZ54 3700 1 307

Cầu thang khu C LED âm trần 18W WL120V

Cầu thang khu D LED âm trần 18W WL120V

Bảng 2.1: Phân bố chiếu sáng tầng hầm

Mô phỏng trên phần mềm Dialux evo:

2.2.2 Tính toán chiếu sáng cho tầng 1:

Tầng Vị trí chiếu sáng Bóng đèn Bộ đèn Số bộ đèn

Mã hiệu Quang thông (lm)

Sảnh LED âm trần 12W VTRXS 750 1 53

Phòng sinh hoạt cộng đồng

Cầu thang LED áp trần 18W WL120V

Phòng vệ sinh LED áp trần 18W WL120V

Sảnh LED âm trần 12W VTRXS 750 1 69

Phòng sinh hoạt cộng đồng

Cầu thang LED áp trần 18W WL120V

Phòng vệ sinh LED áp trần 18W WL120V

Bảng 2.2: Phân bố chiếu sáng tầng 1

2.2.3 Tính toán chiếu sáng cho căn hộ điển hình, hành lang bên ngoài chung cư:

Căn hộ điển hình được phân loại thành 4 loại: A, A’, B và C Các căn hộ A, A’ và B có cùng diện tích nhưng khác nhau về hướng và cách bố trí, trong khi căn hộ C có diện tích lớn hơn ba loại còn lại Dù khác biệt về diện tích và thiết kế, cách bố trí đèn trong mỗi căn hộ vẫn tương đồng.

• Tính toán chiếu sáng cho phòng khách (căn hộ điển hình loại A)

Trần: Trắng Tường: Xám Sàn: Nâu nhạt

- Chọn độ rọi yêu cầu Etc = 200 (lux)

Bóng đèn Bộ đèn Số bộ đèn

Mã hiệu Quang thông(lm)

Phòng ngủ 1 LED vuông 24W SSPL-24T /DIM 1800 1 1

Phòng ngủ 2 LED vuông 24W SSPL-24T /DIM 1800 1 1 WC1 Đèn áp trần 25W FBH057

WC2 Đèn áp trần 25W FBH057

Phòng khách LED vuông 24W SSPL-24T /DIM 1800 1 3

Phòng bếp LED vuông 24W SSPL-24T /DIM 1200 1 2

Ban công LED tròn 18W WL120V 1200 1 2

Căn hộ C Phòng ngủ 1 LED vuông 24W SSPL-24T /DIM 1800 1 1

Phòng ngủ 2 LED vuông 24W SSPL-24T /DIM 1800 1 1 Phòng ngủ 3 LED vuông 24W SSPL-24T /DIM 1800 1 1

Phòng khách LED vuông 24W SSPL-24T /DIM 1800 1 3

Phòng bếp LED vuông 24W SSPL-24T /DIM 1800 1 2

Ban công LED tròn 18W WL120V 1200 1 2

Tầng CH2-16 LED âm trần 12W 46572 1020 1 44

Tầng CH2-16 LED âm trần 12W 46572 1020 1 46

Tầng 17 LED âm trần 20W LT8-120T 1850 3 24

Tầng 17 LED âm trần 20W LT8-120T 1850 3 36

Ngoài khu vực chung cư, các lối đi, sân bóng và khu vui chơi được chiếu sáng bằng nhiều loại đèn khác nhau, bao gồm 50 đèn chiếu lối đi 50W, 17 đèn cao áp gắn tường 250W, 23 đèn pha 250W gốc cây và 4 đèn cao áp 400W cho sân thể thao.

Bảng 2.3:Phân bố căn hộ điển hình, hành lang bên ngoài chung cư

Mô phỏng trên Dialux Evo

Hình 2.3:Mô phỏng 3D phòng khách + bếp

Mô phỏng chiếu sáng căn hộ A

Mô phỏng chiếu sáng hành lang

Kết quả chiếu sáng hành lang

TÍNH TOÁN PHỤ TẢI- TÍNH TOÁN VỚI PHẦN MỀM SIMARIS

Cơ sở lí thuyết tính toán phụ tải

Do khối lượng phụ tải lớn của 2 block C&D, chúng ta chia thành 2 phần: Phần 1 là tủ MSB cung cấp nguồn cho các tải căn hộ từ tầng 2 đến tầng 16; Phần 2 là tủ MSB cung cấp nguồn cho các tải công cộng như bơm, quạt, thang máy và chiếu sáng.

- Xác định phụ tải tính toán tủ điện căn hộ

- Xác định phụ tải tính tính tủ điện kế tầng căn hộ

- Xác định phụ tải tính toán cho tủ điện hạ thế tổng ( MSB tải căn hộ block C&D)

- Xác định phụ tải tính toán cho tủ điện: bơm, quạt, thang máy

- Xác định phụ tải tính toán tủ điện: thương mại dịch vụ tầng 1, tầng 17; các tủ điện chiếu sáng công cộng tầng hầm, tầng 2-16, chiếu sáng ngoài

- Xác định phụ tải tính toán cho tủ điện hạ thế tổng (MSB tải công cộng block C&D) Tính toán phụ tải điện

• Công thức tính toán chiếu sáng:

- Công suất tính toán tác dụng:

+ Đối với mạng điện 1 pha:

𝐼 𝑡𝑡 = U cosφtb Ptt (𝐴) + Đối với mạng điện 3 pha:

P đ : Phụ tải đặt tác dụng (kW)

P tt : Phụ tải tính toán tác dụng (kW)

S tt : Phụ tải tính toán biểu kiến (KVA)

I tt : Dòng điện tính toán (A)

K s : Hệ số đồng thời Cos φ tb : Hệ số công suất trung bình

- Công suất tính toán phụ tải tổng khối căn hộ:

P ch_i – Công suất tính toán của căn hộ thứ i n – Số căn hộ trong tòa nhà

K đt – Hệ số đồng thời của phụ tải khối căn hộ (được xác định theo bảng 4-TCVN 9206:2012)

- Công suất tính toán cho 01 căn hộ điển hình được tính theo công thức:

P đmi – Công suất định mức (kW) của thiết bị điện thứ i;

K S – Hệ số đồng thời của phụ tải căn hộ

• Công suất phụ tải khối công cộng được xác định theo công thức:

P TM – Công suất tính toán của nhóm phụ tải thang máy

P B,Q – Công suất tính toán của nhóm phụ tải bơm, quạt

P CSCC – Công suất tính toán của nhóm phụ tải chiếu sáng công cộng

• Công suất nhóm phụ tải bơm, quạt:

Trong đó: K s – Hệ số đồng thời nhóm phụ tải bơm, quạt

K u,i – Hệ số sử dụng của phụ tải bơm, quạt n – Số động cơ

P dm i – Công suất điện định mức (kW) của động cơ bơm, quạt thứ i

Tính toán phụ tải

3.2.1 Tính toán phụ tải khối căn hộ:

• Khối căn hộ chia làm 15 tầng (tầng 2-16), gồm 2 block C&D

- Trong mỗi block căn hộ chia ra gồm 4 loại căn hộ điển hình A’, A, B, C

- Tính toán phụ tải tủ điện cho tầng 2 các tầng còn lại từ 3-16 tương tự tầng 2

3.2.1.1 Tính toán phụ tải căn hộ điển hình:

• Tính toán phụ tải tủ điện căn hộ điển hình A: DB-CH.A

• Phụ tải chiếu sáng (2 phòng ngủ, 2 WC, Bếp- Phòng Khách- Giặt, Ủi Đồ, Ban Công )

Công suất tác dụng tính toán: (K u =1, K s =1)

P ttcs = K u * K s * n bộ đèn * n bóng/1 bộ đèn *P đèn

= 7* 24+ 2* 25+ 2* 18+ 2* 18= 270 (W) Công suất phản kháng tác dụng: Với cos φ tb = 0.95  tan φ tb = 0.33

Q ttcs = P ttcs * tan φ tb '0* 0.33= 89.1 (Var) Công suất biểu kiến:

S ttcs = √ Pttcs 2 +Qttcs 2 = 284.3 (VA) Dòng điện tính toán:

• Phụ tải ổ cắm: ( Chia ra làm 3 tuyến S1, S2, S3)

Ta sử dụng ổ dụng ổ cắm đôi 3 chấu 16A: N lỗ cắm =2, I= 10 (A), U"0 (V) -Tuyến S1: Ổ cắm phòng ngủ+ phòng khách

P đm0C = N lỗ cắm * K u * K s * U* I* cosφ = 2* 0.5* 0.5* 220* 10* 0.8= 880 (W) Công suất tính toán của ổ cắm tuyến S1: N Ổ cắm = 7, K s1 = 0.3

P ttS1 = N ổ cắm * K S1 * P đmOC = 7* 0.3* 880= 1848 (W) = 1.848 (kW) Cos φ= 0.8  tan φ=0.75

Q tt ổ cắm = P tt ổ cắm * tan φ= 1.848 * 0.75= 1.386 (kVar)

-Tuyến S2: Ổ cắm máy giặt+ phòng bếp

P đm0C = N lỗ cắm * K u * K s * U* I* cosφ= 2* 0.8* 0.5* 220* 10* 0.808 (W) Công suất tính toán của ổ cắm tuyến S1: N Ổ cắm = 4, K s1 = 0.4

P ttS2 = N ổ cắm * K S2 * P đmOC = 4* 0.4* 1408= 2252.8 (W)= 2.253 (kW) Cos φ= 0.8  tan φ=0.75

Q tt ổ cắm = P tt ổ cắm * tan φ= 2.253* 0.75= 1.69 (kVar) -Tuyến S3: Ổ cắm cấp nguồn bếp điện:

P đm0C = N lỗ cắm * K u * K s * U* I* cosφ= 2* 0.9* 1* 220* 10* 0.8%34.4 (W) Công suất tính toán của ổ cắm tuyến S1: N Ổ cắm = 1, K s1 = 1

P ttS3 = N ổ cắm * K S2 * P đmOC = 1 * 1* 2534.4= 2534.4 (W)= 2.534 (kW) Cos φ= 0.8  tan φ=0.75

Q tt ổ cắm = P tt ổ cắm * tan φ= 2.534 * 0.75= 1.9 (kVar)

•Phụ tải máy lạnh: ( Chia làm 3 tuyến AC1, AC2, AC3) -Tuyến AC1: máy lạnh phòng ngủ 1

Sử dụng 1 máy lạnh có công suất 1HP: K s = 1 ; K u = 0.8 ; Cosφ = 0.8 Công suất tính toán của tuyến AC1

P tt AC1 = K s × K u × 0.746= 1×0.8×0.746 = 0.6 (kW) Cosφ = 0.8 => tan φ = 0.75

Q tt AC1 = P tt AC1 × tan φ = 0.6 ×0.75 = 0.45 (kVar) -Tuyến AC2: máy lạnh phòng ngủ 2

Sử dụng 1 máy lạnh có công suất 1HP: K s = 1 ; K u = 0.8 ; Cos φ = 0.8

P tt AC2 = K s ×K u ×0.746= 1 × 0.8 × 0.746 = 0.6 (kW) Cosφ = 0.8 => tan φ = 0.75

Q tt AC2 = P tt AC1 × tan φ = 0.6 ×0.75 = 0.45 (kVar) -Tuyến AC3: máy lạnh phòng khách

Sử dụng 2 máy lạnh có công suất 1HP nên:

P tt AC3 = 2× P tt AC1 = 2 × 0.6 = 1.2 (kW)

Q tt AC3 = 2×Q tt AC1 = 2 × 0.45 = 0.9 (kW)

• Phụ tải máy nước nóng: (chia làm 2 tuyến WH1, WH2)

- Tuyến WH1: Cấp nguồn máy nước nóng WC1

Sử dụng 1 máy nước nóng có công suất 2.5kW: K s = 1, K u = 0.8, Cosφ = 0.9 Công suất tính toán của tuyến WH1

P tt WH1 = K s ×K u ×P dm = 1×0.8×2.5 = 2 (kW) Cos φ = 0.9 => tan φ = 0.484

Q tt WH1 = P tt WH1 × tan φ = 2 ×0.484 = 0.97 (kVar)

-Tuyến WH2: tương tự tuyến WH1

Phụ tải căn hộ Số lượng

Bảng 3.1: Phụ tải căn hộ điển hình A

Hệ số đồng thời của căn hộ K s = 0.6 nên:

Để tính toán phụ tải cho tủ điện của các căn hộ A' và B, cần lưu ý rằng công suất của hai căn hộ này tương đương với công suất của căn hộ điển hình A, do chúng có cùng diện tích Sự khác biệt giữa các căn hộ A', B chỉ nằm ở vị trí của từng thiết bị trong không gian.

Tính toán phụ tải tủ điện căn hộ điển hình C:

Phụ tải căn hộ Số lượng

Bảng 3.2:Phụ tải căn hộ điển hình C

Hệ số đồng thời của căn hộ K s = 0.6 nên:

3.2.1.2 Tính toán phụ tải tầng:

Tính toán phụ tải tủ điện kế tầng 2 block C:

Tầng 2 gồm 16 căn hộ từ CH1 – CH16: Mỗi căn hộ bố trí điện như 1 loại căn hộ điển hình:4 căn hộ loại A, 6 căn hộ loại A’, 5 căn hộ loại B, 1 căn hộ loại C

Tuyến Tên tải Pha A Pha B Pha C

Tổng tải Công suất tính toán tổng 47.7 31.62 39.75 26.35 39.75 26.35

Hệ số đồng thời Ks 0.7

Ptt=3*Ptt_phase_max*Ks 100.17

Qtt=3*Qtt_phase_max*Ks 66.402

Bảng 3.3: Tính toán phụ tải tủ điện DB-C.Tn.01; (n=3~16)

Sau khi chia pha Công suất pha A lớn nhất nên:

P tt = 3* P tt_phase_max * K s = 3* 47.7* 0.7= 100.17 (kW)

Q tt = 3* Q tt_phase_max * K s = 3* 31.62* 0.7= 66.402 (kVar)

√ 3∗380 = 182.6 (A) Tính toán phụ tải tủ điện kế tầng 3-16 block C:

Vì số căn hộ mỗi tầng là khá lớn (23 căn cho mỗi tầng từ 3-16),nên mỗi tầng chia làm

+ Tủ DB-C.T(3~16).01 cấp ngồn cho căn hộ 1 đến căn hộ 12 + Tủ DB-C.T(3~16).02 cấp ngồn cho căn hộ 13 đến căn hộ 23

Bảng 3.4 Tính toán phụ tải tủ điện DB-C.Tn.01; (n=3~16)

P tt = 3* P tt_phase_max * K s = 3 * 31.8 * 0.7= 66.78 (kW)

Q tt = 3* Q tt_phase_max * K s = 3 * 21.08 * 0.7= 44.268 (kVar)

Bảng 3.5 Tính toán phụ tải tủ điện DB-C.Tn.02; (n=3~16)

P tt = 3* P tt_phase_max * K s = 3 * 31.8 * 0.7= 66.78 (kW)

Q tt = 3* Q tt_phase_max * K s = 3 * 21.08 * 0.7= 44.268 (kVar)

Block D ta tính toán tương tự, ta có:

Bảng 3.6: Tính toán phụ tải tủ điện DB-D.T2

Bảng 3.7: Tính toán phụ tải tủ điện DB-D.Tn.01; (n=3~16)

Bảng 3.8: Tính toán phụ tải tủ điện DB-D.Tn.02; (n=3~16)

3.2.1.3 Tính toán phụ tải tổng khối căn hộ:

Ta bố trí 2 thanh Busway thanh thứ nhất chạy từ tủ MSB đến tầng 2  9, thanh thứ 2 chạy từ tủ MSB đến tầng 10  16

Nên công suất thanh như sau:

Tên Tầng Tủ tầng Ptt(kW) Qtt(kVar) Stt(kVa) Itt(A)

Bảng 3.9: Tính toán phụ tải của Busway 1 block C

Công suất tính toán của Busway 1:

S tt_bus1 = √ Ptt bus 1 2 +Qtt bus 1 2 = √ 735.7 2 +486.85 2 = 882 (kVA)

S tt_bus2 = √ Ptt bus 2+Qtt bus 2 = √ 665.14 2 + 440.1 2 = 739.56 (kVA)

Từ Đến Ptt Qtt Ks P tt

Bảng 3.11: Tính toán phụ tải tổng tủ MSB_1

P tt_MSB1 = K s x (P tt_bus1 + P tt_bus2 ) = 0.8 x (841.5 + 736.3) = 1120.67 (kW)

Q tt_MSB1 = K s x (Q tt_bus1 + Q tt_bus2 ) = 0.8 x (557.8+ 448.05) = 742.36 (kVar)

S tt_MSB1 = √ Ptt MBA 1 2 +Qtt MBA 1 2 = √ 1120.67 2 +742.36 2 = 1344.23 (kVA)

Bảng 3.12: Tính toán phụ tải của Busway 1 block D

S tt_bus1 = √ Ptt bus 1 2 +Qtt bus 1 2 = √ 841.5 2 +557.8 2 = 1009.6 (kVA)

S tt_bus2 = √ Ptt bus 2+Qtt bus 2 = √ 841.5 2 +557.8 2 = 739.56 (kVA)

3.2.2 Khối công cộng (Block C và D):

Khối công cộng bao gồm các tải quan trọng như chiếu sáng, ổ cắm ở bãi đậu xe, hành lang căn hộ và tầng 1 thương mại dịch vụ Ngoài ra, còn có các tải bơm cấp nước, bơm thoát nước, bơm chữa cháy và bơm tăng áp Các tải quạt thông gió và quạt tạo áp hút khói cũng nằm trong khối này, cùng với tải thang máy công cộng và thang máy chữa cháy.

Do khối lượng phụ tải lớn, chỉ tiến hành tính toán cho block C, trong khi block D sẽ được tính tương tự Nhóm tải công cộng của hai block C và D được kết nối chung vào một Tủ MSB_3.

3.2.2.1 Phụ tải tủ điện tầng hầm:

Tính toán phụ tải chiếu sáng và ổ cắm tầng hầm (Block D tương tự block C)

Tầng hầm chia thành 17 line đèn, 2 line ổ cắm, tính toán tương tự như tải căn hộ ta có:

Công suất tính toán tổng 8.796 6.02 8.956 6.1 7.056 4.38

P tt =K s *(P tt_pha_max +P dp )*3 21.5

Q tt =K s *(Q tt_pha_max +Q dp )*3 14.64

Bảng 3.15: Phụ tải chiếu sáng + ổ cắm tầng hầm block C

Công suất tính toán của tủ điện tầng hầm block C (DB-C.H.CS) là:

P tt = 3 × P tt_pha_max × K s = 3×8.956×0.8 = 21.5 (kW)

Q tt =3 × Q tt_pha_max × K s = 3×6.1×0.8 = 14.64 (kVar)

S tt = √ Ptt 2 +Qtt 2 = √ 21.5 2 +14.64 2 = 26 (kVA) Cosφ tb = Ptt Stt = 21.5 26 = 0.827

Phụ tải bơm cấp nước, bơm thoát nước tầng hầm:

Phụ tải tủ điện bơm cấp nước block C(Block D tương tự)

Gồm 2 bơm chạy luân phiên, mỗi bơm có công suất 18kW, khởi động kiểu sao-tam giác.

Tên tải P dm (kW) K s K u Cos φ Ptt(kW) Qtt(kVar) Stt(kVA)

Hệ thống đồng thời Ks 0.5

Công suất tính toán tủ điện 17.28 12.96 21.6

Bảng 3.16: Phụ tải bơm cấp nước block C

Công suất định mức bơm cấp nước 1, 2:

P đm1 = P đm2 = 18 (kW) Công suất tính toán bơm:

Q tt_bơm1,2 = P tt_bơm x tanφ = 14.4 x 0.75 = 10.8 (kVar)

Dự phòng 20% => Kdp = 1.2 ; hệ số đồng thời tủ Ks = 0.5 Công suất tính toán tủ điện:

S tt_tủ = √ Ptt tu 2 +Qtt tu 2 = √ 17.28 2 +12.96 2 = 21.6 (kVA)

Phụ tải tủ điện bơm thoát nước block C 01: (Block D tương tự)

Gồm 2 bơm chạy, mỗi bơm có công suất 4kW, khởi động trực tiếp

Bảng 3.17: Phụ tải bơm thoát nước block C 01

Công suất định mức bơm cấp nước 1, 2: P đm1 = P đm2 = 4 (kW) Công suất tính toán bơm:

Dự phòng 20% => K dp = 1.2 ; hệ số đồng thời tủ K s = 1 Công suất tính toán tủ điện:

S tt_tủ = √ Ptt tu 2 +Qtt tu 2 = √ 6.144 2 + 4.608 2 = 7.68 (kVA)

Phụ tải tủ điện bơm thoát nước block C: (Block D tương tự)

Gồm 2 bơm chạy, mỗi bơm có công suất 4kW, khởi động trực tiếp Đồng thời cấp nguồn cho tủ DB- C.H.W.W.01

Bảng 3.18: Phụ tải bơm thoát nước block C

Công suất tính toán cho tủ thoát nước block C:

S tt = K s x K dp x (S tt_bơm1 + S tt_bơm2 + S tt ) = 0.8 x 1.2 x (4 + 4 + 8) = 15.36 (kVA)

Phụ tải tính toán cho bơm chữa cháy: (Block D tương tự)

Gồm 3 máy bơm: 1 bơm chính, 1 bơm dự phòng, 1 bơm nước bù Bơm chính và bơm dự phòng có công suất 250kW, kiểu khởi động Soft Start; bơm bù có công suất 7.5kW khởi động sao/ tam giác.

Tên tải P dm K s K u Cos φ P tt Q tt S tt

Bảng 3.19: Phụ tải bơm chữa cháy block C&D

Dự phòng 20% => K dp = 1.2 ; hệ số đồng thời tủ K s = 0.5 Tổng công suất tính toán cho tủ điện:

P tt = K s_tủ x K dp x ∑(P dm_i x K u_i x K s_i ) = 0.5 x 1.2 x (250 x 0.8 x 1 + 250 x 0.8 x 1 + 7.5 x 0.8 x 1) = 243.6 (kW)

Q tt = K s_tủ x K dp x ∑(P tt_i x tanφ) = 0.5 x 1.2 x (200 x 0.75 + 200 x 0.75 + 6 x 0.75) = 182.7 (kVar) Công suất tính toán cho tủ điện:

S tt_tủ = √ Ptt tu 2 +Qtt tu 2 = √ 243.6 2 +182.7 2 = 304.5 (kVA) Dòng điện tính toán cho tủ điện:

Phụ tải tính toán bơm chữa cháy tầng hầm:(Tương tự block A và B)

Bảng 3.20: Phụ tải bơm chữa cháy tầng hầm

Gồm 3 máy bơm: 1 bơm chính, 1 bơm dự phòng 37 kW khởi động sao/tam giác , 1 bơm nước bù 3kW khởi động trực tiếp

Dự phòng 20% => K dp = 1.2 ; hệ số đồng thời tủ K s = 0.5 Tổng công suất tính toán cho tủ điện

P tt = K s_tủ x K dp x ∑(P dm_i x K u_i x K s_i ) = 0.5 x 1.2 x (37 x 0.8 x 1 + 37 x 0.8 x 1 + 3 x 0.8 x 1) = 36.96 (kW) Qtt = K s_tủ x K dp x ∑(P tt_i x tanφ)

Công suất tính toán cho tủ điện:

Tính toán công suất cho tủ điện quạt tầng hầm:

Bảng 3.21: Phụ tải quạt thông gió tầng hầm block C

Hệ số đồng thời tủ K s = 0.7 Tổng công suất tính toán cho tủ điện

P tt = K s_tủ x K dp x ∑(P dm_i x K u_i x K s_i ) = 21.5 (kW)

Q tt = K s_tủ x K dp x ∑(P tt_i x tanφ) = 16.128 (kVar) Công suất tính toán cho tủ điện:

3.2.2.2Phụ tải tính toán tủ điện tầng 1 ( Các tải chiếu sáng công cộng hành lang tầng 2-16, chiếu sáng ngoài)

Cấp nguồn khu bán lẻ 01 7 4.7 7 4.7 4 4.7

Công suất tính toán tổng 24.5 17 23.6 15.97 23.45 15.898

Ptt=Ks*Ptt_pha_max*3 58.8

Qtt=Ks*Qtt_pha_max*3 40.8

Bảng 3.22: Phụ tải tính toán tầng 1 block C

P tt = 3×P tt_pha_max × K s = 3×24.5×0.8 = 58.8 (kW)

Q tt =3×Q tt_pha_max × K s = 3×17×0.8 = 40.8 (kVar)

S tt = √ Ptt 2 +Qtt 2 = √ 58.8 2 +40.8 2 = 71.57 (kVA) Cosφtb = Ptt Stt = 71.57 58.8 = 0.822

Mỗi tủ chiếu sáng hành lang công cộng cung cấp điện cho 3 tầng, với tổng cộng 16 tầng được chia thành 5 tủ cho các tầng từ 2 đến 16 và 1 tủ cho tầng 17 Các tầng từ 2 đến 4 được tính tương tự cho các tầng tiếp theo.

Qtt (kVar) Ổ cắm 1 pha S1 1.5 1.125 Ổ cắm 1 pha S2 1.5 1.125

Công suất tính toán tổng 5.79 3.6

Ptt=Ks*Ptt_pha_max 4.632

Qtt=Ks*Qtt_pha_max 2.88

Bảng 3.23: Phụ tải tính toán chiếu sáng hành lang từ tầng 2 đến tầng 4

Tầng Tên tủ chiếu sáng hành lang Pha A Pha B Pha C

Q tt =Ks*Q tt_pha_max *3 13.824

Bảng 3.24: Phụ tải tính toán chiếu sáng hành lang công cộng block C

Q tt = 3×Q tt_pha_max ×K s = 3×5.74×0.8 = 13.824 (kVar) Stt = √ Ptt 2 +Qtt 2 = √ 22.234 2 +13.824 2 = 26.18 (kVA) Cosφtb = Ptt Stt = 22.234 26.18 = 0.85

Phụ tải tính toán cho tủ điện chiếu sáng ngoài (chiếu sáng cảnh quan)

Để đảm bảo độ rọi cần thiết và tính thẩm mỹ trong chiếu sáng ngoài trời, chúng ta sử dụng nhiều loại đèn với công suất khác nhau Các loại đèn bao gồm đèn pha 250W cho gốc cây, đèn cao áp 400W cho sân thể thao, đèn chiếu lối đi 50W, đèn đĩa bóng COMPACT 32W đặt nổi và đèn lon bóng.

COMPACT 18W đặt nổi, đèn trụ bóng COMPACT 5x50W đặt nổi, đèn cao áp gắn tường 250W, đèn cao áp 250W gắn trụ cao H=8m, và đèn cao áp đôi 2x250W gắn trụ cao H=8m

Chiếu sáng cảnh quan được chia thành 17 line đèn Các đèn có cosφ = 0.8

Chiếu sáng ngoài L12 1 0.75 Chiếu sáng ngoài L13 0.19 0.143

Ptt=Ks*Qtt_pha_max*3 19.625

Bảng 3.25: Phụ tải tính toán chiếu sáng cảnh quan 3.2.2.4 Phụ tải tầng 17:

*Phụ tải tăng áp Block C (Tương tự với block D)

Chia làm 2 tủ, với công suất giống nhau Trong mỗi tủ, sẽ cấp nguồn cho 2 bơm chạy song song với công suất mỗi bơm 2,5kW, khởi động mềm

Tên tải P dm (kW) K s K u cosφ P tt (kW) Q tt (kVar) S tt (kVA)

Bảng 3.26: Phụ tải tính toán tủ điện bơm tăng áp block C 01

Hệ số đồng thời tủ K s = 1

Q tt = K s_tủ x ∑(P tt_i x tanφ) = 2.88 (kVar)

S tt_tủ = √ Ptt 2 +Qtt 2 = √ 3.84 2 +2.88 2 = 4.8 (kVA)

Phụ tải thang máy công cộng

Ta bố trí 2 tủ điện cấp nguồn thang máy công cộng Tủ 1 gồm 1 động cơ 18kW, tủ 2 gồm 2 động cơ 18kW, khởi động mềm.

Thang máy dịch vụ khối C

Hệ số đồng thời Ks 1

Bảng 3.27: Phụ tải tính toán tủ điện 01 cho thang máy khu C

S tt_tủ = √ Ptt 2 +Qtt 2 = √ 17.28 2 +12.96 2 = 21.6 (kVA)

(kVA) Thang máy dịch vụ khối C 02

Thang máy dịch vụ khối C 03

Bảng 3.28: Phụ tải thang máy chữa cháy block C 01

S tt_tủ = √ Ptt 2 +Qtt 2 = √ 27.65 2 +20.74 2 = 34.56 (kVA)

3.2.2.5 Phụ tải tính toán tủ điện tổng khối công cộng block C&D

Tủ điện tầng 1 khu C (chiếu sáng ngoài) 26.16 19.625 32.7 49.68 0.8

Tủ điện tầng hầm khu C đậu xe 21.5 14.64 26 39.5 0.827

Tủ điện tầng hầm khu C cấp nước 17.28 12.96 21.6 32.82 0.8

Tủ điện tầng hầm khu C thoát nước 12.288 9.216 15.36 23.34 0.8

Tủ điện tầng 1 khu C (TMDV) 58.8 40.8 71.57 108.74 0.82

Tủ điện bơm ang áp khu C 01 3.84 2.88 4.8 7.3 0.8

Tủ điện thang máy công cộng khu C 1 17.28 12.96 21.6 32.8 0.8

Tủ điện thang máy chữa cháy khu C 01 17.28 12.96 21.6 32.8 0.8

Tủ điện quạt tạo áp & hút khói khu C 01 18.432 13.824 23.04 35 0.8

Tủ điện thông gió tầng hầm khu C 21.5 16.128 26.88 40.84 0.8

Tủ điện tầng 1 khu D (chiếu sáng ngoài) 26.16 19.625 32.7 49.68 0.8

Tủ điện tầng hầm khu D đậu xe 21.5 14.64 26 39.5 0.827

Tủ điện tầng hầm khu D cấp nước 17.28 12.96 21.6 32.82 0.8

Tủ điện tầng hầm khu D thoát nước 12.288 9.216 15.36 23.34 0.8

Tủ điện tầng 1 khu D (TMDV) 58.8 40.8 71.57 108.74 0.82

Tủ điện bơm ang áp khu D 01 3.84 2.88 4.8 7.3 0.8

Tủ điện thang máy công cộng khu D 1 17.28 12.96 21.6 32.8 0.8

Tủ điện thang máy chữa cháy khu D 01 17.28 12.96 21.6 32.8 0.8

Tủ điện quạt tạo áp & hút khói khu D 01 18.432 13.824 23.04 35 0.8

Phòng điều khiển chữa cháy tầng hầm 26.67 16.528 31.376 47.67 0.85

Tủ điện bơm chữa cháy 01 243.6 182.7 304.5 462.6 0.8

Hệ số đồng thời tại tủ MSB: Ks 0.8

Công suất tính toán Tủ MSB_3 960 700 1188 1805 0.808

Bảng 3.29: Phụ tải tổng khối công cộng block C&D

Tổng công suất tính toán cho tủ điện MSB_3 khối công cộng block C&D

2 +Qtt MSB 2 = √ 683.4856 2 +506.1416 2 = 849.2608 (kVA) Cosφ tb = Ptt Stt = 683.4856 849.2608 = 0.82

Tính toán phụ tải bằng phần mềm Simaris 9.1

Phần mềm SIMARIS 9.1, phát triển bởi Tập đoàn SIEMENS, hỗ trợ thiết kế hệ thống điện và mạng điện đơn tuyến cho cả lĩnh vực công nghiệp và dân dụng SIMARIS cho phép thiết kế các mạng điện hạ thế với điện áp từ 220V đến 1000V, đáp ứng nhu cầu đa dạng trong việc xây dựng và tối ưu hóa hệ thống điện.

• Tần số từ 50Hz - 60Hz

• Các hệ thống nối đất: TN-C, TN-S, IT, TT

• Tính toán và lựa chọn thiết bị dựa theo tiêu chuẩn IEC 60364

Các bước tính toán của SIMARIS bao gồm:

• Xây dựng thông số đầu vào, sơ đồ đơn tuyến

• Nhập thông số tính toán, phương thức đi dây,nhiệt độ môi trường,

• Chọn tiết diện dây dẫn, tính toán độ sụt áp

• Chọn CB và cầu chì

• Kiểm tra sự bảo vệ chọn lọc giữa các thiết bị bảo vệ

• Tính toán kiểm tra bảo vệ an toàn cho người

• Xuất file (WORD, EXCEL) kết quả tính toán ra, sơ đồ đơn tuyến ( PDF, DXF, DWG )

Các bước tiến hành thiết kế điện:

Trước khi vào thiết kế, ta sẽ thiết lập những đặc tính chung cho mạch:

• Nhập tên dự án ( Project name ), mô tả dự án (Project description )

• Người thiết kế ( Planner ), ( Design Office),

• Cài đặt tổng quát : Standard IEC, Country VietNam, Language English Cài đặt thông số kỹ thuật:

• Công suất ngắn mạch lớn nhất: 500 MVA

• Công suất ngắn mạch nhỏ nhất: 10 MVA

• Tiết diện dây cáp lớn nhất: 300 mm 2

• Tiết diện dây cáp nhỏ nhất: 25 mm 2

• Phần trăm sụt áp của mạng: 5%

• Tiết diện dây cáp lớn nhất: 800 mm2

• Tiết diện dây cáp nhỏ nhất: 1.5 mm2 Sau đó tiến hành vẽ sơ đồ đơn tuyến:

- Sources: Transformer with medium voltage; Transformer; Gerenator; Network; Main Distribution Board;…

- Distribition board: Sub - distribution board; Sub - distribution (group switch); Busbar trunking systerm; Busbar trunking systerm with center infeed; Distribution at the end of busbar trunking systerm;

- Final circuit: Stationary load; Power outlet circuit; Motor; Frequency inverter;

Đơn vị sạc; tụ điện; tải giả; bảo vệ quá áp Tiến hành nhập các thông số cho phụ tải và sau đó liên kết chúng lại thành một sơ đồ đơn tuyến hoàn chỉnh.

3.3.1 Phụ tải khối căn hộ mô phỏng trên Simaris:

Hình 3.1 Phụ tải những thiết bị căn hộ mô phỏng trên Simaris

Hình 3.2 Phụ tải tầng căn hộ được mô phỏng trên Simaris

Hình 3.3: Mô hình busway 01 block C mô phỏng trên Simaris

Hình 3.4: Đầu vào tủ hạ thế MSB_1 khối căn hộ block C trên Simaris 3.3.2 Phụ tải khối công cộng mô phỏng trên Simaris:

Hình 3.5: Nhóm phụ tải quạt tầng hầm block C mô phỏng trên Simaris

Hình 3.6: Nhóm phụ tải bơm chữa cháy cho chung cư mô phỏng trên Simaris

Hình 3.7: Đầu vào tủ hạ thế tổng khối công cộng MSB_3

 Sau khi thiết lập xong cho tất cả các phòng của Tòa nhà ta tiến hành chạy tính toán Calculate.

Kết quả tính toán của Simaris sẽ cho ra kết quả

• Lựa chọn cáp, dây dẫn, kiểm tra độ sụt áp

• Chọn CB bảo vệ đối với toàn mạch

• Xuất file kết quả tính toán ra Word, Excel và file bản vẽ CAD, PDF.

So sánh kết quả

Bảng 3.30: Bảng kết quả so sánh tính tay và pm Simaris (tải căn hộ block C)

TĐ-Căn hộ Tính theo K u và K s Phần mềm Simaris Sai số % cosφ 0.833 0.833 0

TĐ-Tầng 2 (block C) Tính theo K u và K s Phần mềm Simaris Sai số % cosφ 0.834 0.834 0

TĐ-Tầng (3-16).01 (block C) Tính theo K u và K s Phần mềm Simaris Sai số% cosφ 0.834 0.833 0.12

TĐ-Tầng (3-16).02 (block C) Tính theo K u và K s Phần mềm Simaris Sai số% cosφ 0.834 0.834 0

Busway 1 (block C) Tính theo K u và K s Phần mềm Simaris Sai số% cosφ 0.834 0.834 0

TĐ Tổng MSB_1 Tính theo K u và K s Phần mềm Simaris Sai số% cosφ 0.834 0.834 0

Kết quả không chênh lệch nhiều so với việc tính bằng phương pháp K u và K s

BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

Giới thiệu về giá trị hệ số công suất và bù công suất

Hệ số công suất cosφ (hoặc PF) là tỉ số giữa công suất tác dụng P (kW) và công suất biểu kiến S (kVA)

Công suất tác dụng P là công suất điện có ích cho tất cả các thiết bị, trong khi công suất phản kháng Q là công suất từ hóa không sinh ra công nhưng vẫn phải trả chi phí khi sử dụng điện.

Để giảm thiểu chi phí điện, việc lắp đặt các thiết bị sinh ra công suất phản kháng như tụ điện và máy bù đồng bộ là cần thiết Những thiết bị này cung cấp trực tiếp cho phụ tải, giúp giảm thiểu tổn thất điện năng, và quá trình này được gọi là bù công suất phản kháng.

Bù công suất phản kháng đưa đến những hiệu quả sau đây:

• Giảm được tổn thất công suất, điện áp trong mạng điện

• Giảm được chi phí điện

• Tăng khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp.

Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cos φ

- Giảm điện áp cho những động cơ chạy non tải

- Dùng động cơ đồng bộ thay thế động cơ không đồng bộ

- Máy bù đồng bộ được dùng trong các trung tâm điện để duy trì ổn định hệ thống điện

- Tụ bù dùng cho lưới điện xí nghiệp, dịch vụ và dân dụng trong đó có các tòa nhà cao tầng, chung cư căn hộ,

Vị trí đặt thiết bị bù

- Đặt tụ bù tại thanh cái hạ áp của máy biến áp

- Đặt tụ bù tại tủ điện phân phối tổng

Dựa trên các phân tích đã thực hiện, chúng tôi quyết định sử dụng bộ tụ bù tự điều chỉnh dung lượng bù để cải thiện công suất phản kháng cho công trình, được lắp đặt tại tủ điện phân phối tổng.

Tính toán bù công suất phản kháng

4.4.1 Tính toán bù công suất phản kháng khối căn hộ Block C (Block D tương tự):

- Hệ số công suất của công trình trước khi bù: cosφ1 = 0.834 => tan φ1 = 0.6616

- Tổng công suất tác dụng tính toán của công trình : P tt = 1130 (kW)

- Công suất biểu kiến của công trình trước khi bù: S tt = 1355 (kVA)

- Hệ số công suất của công trình sau khi bù: cosφ2 = 0.9 => tan φ2 = 0.484

- Công suất phản kháng cần phải bù để đạt được cos φ2 = 0.9 (Theo nghị đinh số 137/2013/NĐ-CP ban hành 21/10/2013) là:

Q bù = P tt x (tan φ1 - tan φ2) = 1130 x (0.6616 - 0.484) = 200.3 (kVAr) Vậy Q bù = 200.3 (kVAr)

Chọn thiết bị bù là tụ điện bù do EPCOS chế tạo:

3 bộ tụ bù loại EPCOS MKD440-D-50 50kVAr

Bảng 4.1:Thông số tụ bù khối căn hộ block C

Như vậy sau khi tính toán được lượng công suất phản kháng cần bù cho tòa nhà, ta có bảng tổng kết sau:

Công suất biểu kiến của công trình sau khi bù với Q bù_max = 200 (kVAr) Công suất phản kháng trước khi bù:

Q trước bù = P tt x tan φ1 = 1130 x 0.6616 = 747.6 (kVAr) Công suất phản kháng sau khi bù:

Q sau bù = Q trước bù – Q bù = 747.6 – 200 = 547.6 Công suất biểu kiến của công trình sau khi bù:

S sau bù = √ Ptt 2 +Qsau b ù 2 = √ 1130 2 +547.6 2 = 1255.7 (kVA)

Hệ số công suất sau bù: cosφ sau bù = S sau bù Ptt = 1255.7 1130 = 0.9 (thỏa)

* Kết quả chạy phần mềm Simaris:

Trước khi bù Sau khi bù

Hình 4.1 Công suất tính toán trước và sau khi gắn

4.4.2 Tính toán bù công suất phản kháng khối công cộng Block C và Block D

- Tổng công suất tác dụng tính toán của công trình : Ptt = 960(kW)

- Công suất biểu kiến của công trình trước khi bù: Stt = 1188 (kVA)

- Công suất phản kháng cần phải bù để đạt được cos 0.9 (Theo nghị đinh số 137/2013/NĐ-CP ban hành 21/10/2013) là:

Q bù = P tt x (tan φ1 - tan φ2) = 960 x (0.729-0.484) = 235.2 (kVAr) Vậy Q bù = 235.2 (kVAr)

(kW) Kiểu chế tạo Số lượng Qb

Bảng 4.2:Thông số tụ bù khối công cộng block C&D

Q trước bù = P tt x tan φ1 = 960 x 0.729 = 700 (kVAr) Công suất phản kháng sau khi bù:

Q sau bù = Q trước bù – Q bù = 700 – 250 = 450 (kVAr) Công suất biểu kiến của công trình sau khi bù:

Ssau bù = √ Ptt 2 +Qsau b ù 2 = √ 960 2 +450 2 = 1060 (kVA)

Hệ số công suất sau bù: cosφ sau bù = S sau bù Ptt = 1060 960 = 0.906 (thỏa)

Hình 4.2 Công suất tính toán trước và sau khi gắn tụ bù khối công cộng block

MÁY BIẾN ÁP- MÁY PHÁT DỰ PHÒNG - BỘ CHUYỂN ĐỔI NGUỒN

Chọn máy biến áp

Trạm biến áp là phần tử thiết yếu trong hệ thống cung cấp điện cho tòa nhà, có chức năng chuyển đổi điện năng từ cấp điện áp trung thế sang cấp điện áp hạ thế, phù hợp với nhu cầu sử dụng Để tối ưu hóa việc cung cấp điện, trạm biến áp nên được đặt bên ngoài, gần tòa nhà nhằm đảm bảo an toàn và thuận tiện cho việc lắp đặt, vận hành và quản lý Khi lựa chọn máy biến áp, cần đảm bảo đáp ứng hai điều kiện quan trọng.

Để đảm bảo tính liên tục trong cung cấp điện và tối ưu hóa chi phí cho Tòa nhà, chúng tôi đã lựa chọn phương án cung cấp điện với một máy biến áp và một máy phát dự phòng cho tải khối công cộng của tòa nhà block C&D Đối với tải khối căn hộ, mỗi block sẽ được trang bị một máy biến áp riêng Lựa chọn này mang lại hiệu quả cả về kinh tế và kỹ thuật cho công trình Máy biến áp sẽ hoạt động ở chế độ bình thường, thực hiện nhiệm vụ truyền tải điện từ mạng lưới điện quốc gia Với nguồn trung thế 22 kV tại Việt Nam, chúng tôi đã chọn máy biến áp 22 kV/0.38 kV cho hệ thống.

5.1.1 Chọn máy biến áp cho phụ tải khối căn hộ:

Tính toán chọn máy biến áp theo điều kiện: S đmB ≥ S ∑

Dựa trên công suất tính toán phụ tải của tòa nhà, chúng tôi chọn máy biến áp khô SIEMENS theo tiêu chuẩn IEC 60076-11-2004, với điện áp 22 kV ± 2 x 2.5% và 0.4 kV Tổ đấu dây được thiết lập theo kiểu Δ/Υ 0-11.

Công suất (KVA) Dòng điện (A) P không tải (W) P ngắn mạch (W) Điện áp ngắn mạch (%)

Bảng 5.1: Thông số máy biến áp block C

Từ thông số chọn, tính toán thông số máy biến áp:

- Thông số máy biến áp trong phần mềm Simaris:

Dựa vào công suất tính toán phụ tải của Tòa nhà, chúng tôi lựa chọn máy biến áp khô SIEMENS theo tiêu chuẩn IEC 60076-11-2004, với điện áp 22 KV ±2 x 2.5% và 0.4 KV Máy có tổ đấu dây Δ/Υ0 -11.

5.1.2 Chọn máy biến áp cho phụ tải khối công cộng Block C và D:

Dựa trên công suất tính toán phụ tải của tòa nhà, chúng tôi lựa chọn máy biến áp khô SIEMENS theo tiêu chuẩn IEC 60076-11:2004 với điện áp 22 kV ±2 x 2.5% và 0.4 kV, sử dụng tổ đấu dây Δ/Υ0-11.

Chọn máy phát dự phòng: (Khối công cộng block C và D)

Trong các công trình công cộng như toà nhà và văn phòng, việc cung cấp điện liên tục cho các phụ tải quan trọng như hệ thống chiếu sáng, thang máy, và các thiết bị điện là rất cần thiết Để đảm bảo hoạt động ổn định cho toà nhà và duy trì nguồn điện cho thiết bị, việc lắp đặt máy phát điện dự phòng là điều không thể thiếu Thông thường, các máy phát điện này được kết nối với bộ chuyển mạch ATS (Automatic Transfer Switch) để tự động chuyển đổi nguồn điện khi có sự cố.

Khi xảy ra sự cố lưới điện, máy phát điện tự động khởi động để cung cấp điện cho tải Do đó, công suất của máy phát dự phòng cần đảm bảo tối thiểu bằng với công suất đã được tính toán cho tòa nhà, đặc biệt là đối với khối tải công cộng.

=> Tổng công suất mà máy phát dự phòng phải cung cấp cho tòa nhà là: 1063.1(kVA)

Ta chọn Máy phát điện dự phòng của hãng Mitsubishi 1250kVA với các thông số sau:

Hình 5.1: Máy phát điện 1250kVA dự phòng cho nhóm tải công cộng

• Công suất liện tục: 1250kVA

• Công suất sự phòng: 1375 kVA

• Tần số, tốc độ: 50Hz – 1500rpm

Bộ chuyển nguồn tự động ATS – Automatic Transfer Switch

Khi nguồn lưới không đạt tiêu chuẩn, bộ chuyển đổi nguồn tự động ATS sẽ kiểm tra chất lượng nguồn dự phòng và tự động chuyển tải sang nguồn này nếu thỏa mãn Sau đó, ATS giám sát việc quay trở lại sử dụng nguồn chính khi nó ổn định và thực hiện chuyển tải trở lại điện lưới Tất cả các quy trình này diễn ra hoàn toàn tự động, không cần can thiệp của người vận hành.

Một bộ chuyển mạch tự động gồm: 1 khóa liên động điện + 1 khóa liên động cơ + bộ điều khiển tự động

Dựa vào công suất tổng toàn bộ tòa nhà và dòng điện tổng tính toán, ta chọn bộ chuyển đổi nguồn ATS SmartGen HAT530N có các thông số:

• Dòng định mức I-rate = 2500A, I cu = 66 kA

Hình 5.2:Bộ điều khiển chuyển nguồn ATS controller Smartgen HAT530

TÍNH TOÁN LỰA CHỌN DÂY DẪN VÀ KIỂM TRA ĐỘ SỤT ÁP 51

Tính toán lựa chọn hệ thống dây dẫn

Lựa chọn phương pháp xác định dây dẫn:

Chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng cho phép áp dụng các tiêu chuẩn của Hội đồng Kỹ thuật điện Quốc tế (IEC - International Electrotechnical Commission).

I cp : dòng cho phép của dây dẫn (A)

I lvmax : dòng làm việc lớn nhất của phụ tải tính toán (A)

K: hệ số hiệu chỉnh theo điều kiện lắp đặt

Phương pháp thực tế xác định tiết diện nhỏ nhất cho phép của dây dẫn:

Hình 6.1: Sơ đồ khối cách xác định tiết diện dây dẫn

- I B : dòng làm việc lớn nhất ứng với công suất định mức (kVA) của tải

Trong dòng định mức của cầu dao (CB), relay bảo vệ quá dòng có khả năng chịu đựng vô hạn ở nhiệt độ môi trường theo quy định của nhà sản xuất, đồng thời đảm bảo nhiệt độ của các bộ phận mang điện không vượt quá giới hạn cho phép.

- I Z : dòng cho phép lớn nhất, dây dẫn có thể tải được vô hạn định mà không làm giảm tuổi thọ làm việc

Xác định cỡ dây đối với cáp không chôn dưới đất:

Xác định hệ số K: Với các mạch không chôn dưới đất, hệ số K thể hiện điều kiện lắp đặt

- K 1 : thể hiện ảnh hưởng của cách lắp đặt

K2 thể hiện sự ảnh hưởng tương hỗ giữa hai mạch đặt kề nhau Hai mạch được coi là kề nhau khi khoảng cách L giữa chúng nhỏ hơn 2 lần đường kính lớn nhất của hai cáp.

- K 3 : thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ tương ứng với dạng cách điện

Xác định cỡ dây cho dây chôn dưới đất:

Trường hợp này cần phải xác định hệ số K, còn mã chữ cái thích ứng với cách lắp đặt sẽ không cần thiết

Xác định hệ số hiệu chỉnh K: với các mạch chôn dưới đất, K sẽ đặc trưng cho điều kiện lắp đặt

• K 4 : thể hiện ảnh hưởng của cách lắp đặt.

K5 thể hiện ảnh hưởng của số dây đặt kề nhau, trong đó các dây được coi là đặt kề nhau khi khoảng cách L giữa chúng nhỏ hơn 2 lần đường kính của dây lớn nhất trong hai dây.

• K 6 : thể hiện ảnh hưởng của đất chôn cáp.

• K 7 : thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ của đất Xác định kích cỡ dây nối đất bảo vệ (PE: Proctective Earth):

Dây PE đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các vật dẫn tự nhiên và vỏ kim loại không có điện của thiết bị điện, tạo thành lưới đẳng áp Những dây này dẫn dòng sự cố phát sinh từ hư hỏng cách điện giữa pha và vỏ thiết bị tới điểm trung tính nối đất của nguồn điện PE được kết nối với đầu nối đất chính của mạng, và đầu nối đất chính này sẽ được liên kết với các điện cực nối đất thông qua dây nối đất.

Kích cỡ của dây PE được xác định theo phương pháp đơn giản sau:

16 mm 2 < Sph ≤ 35 mm 2 => S PE = 16 mm 2

2 Xác định kích cỡ dây trung tính ( Neutral ):

Tiết diện của dây trung tính bị ảnh hưởng của sơ đồ nối đất TN-S:

S N = S pha – nếu S pha ≤ 16 mm 2 (dây đồng) cho các mạch một pha

S N = 0.5S pha – cho các trường hợp còn lại với lưu ý là dây trung tính phải có bảo vệ thích hợp.

Tính toán chi tiết dây dẫn

Từ máy biến áp đến tủ phân phối chính MSB_1 (khối căn hộ block C)

Công suất máy biến áp: S mba = 1600(kVA)

√ 3 × 380 = 2431 (A) Chọn dòng định mức CB: I dm_CB = 2500(A)

Phòng máy biến áp khô và phòng tủ điện được đặt cạnh nhau tại tầng hầm, vì vậy chúng tôi sử dụng busbar LXC 2500A dài 5m để kết nối từ máy biến áp đến tủ phân phối chính.

• Điện trở : r1 = 0.017 mΩ/m; x1= 0.009 mΩ/m r0 ph-n = 0.082 mΩ/m; x0 ph-n= 0.053 mΩ/m r0 ph-pe = 0.35 mΩ/m; x0 ph-pe= 0.29 mΩ/m

Từ tủ điện tổng MSB, chúng ta sử dụng 2 thanh busway để phân phối điện cho các tầng Thanh busway thứ nhất cung cấp điện cho các tầng từ 2 đến 9, trong khi thanh busway thứ hai đảm nhận việc cấp điện cho tầng 10 đến tầng 16 Tổng CSTT trên busway 1 được tính với hệ số đồng thời Ks=0.7.

√ 3 × 380 = 1340 (A) Chọn busway LXC 1600A, ftot=1, 3P+100%N+PE(EN), dài 117m

• Điện trở : r1 = 0.037 mΩ/m; x1= 0.026 mΩ/m r0 ph-n = 0.173 mΩ/m; x0 ph-n= 0.119 mΩ/m r0 ph-pe = 0.392 mΩ/m; x0 ph-pe= 0.289 mΩ/m Tổng CSTT trên busway 2: với K s =0.7 (hệ số đồng thời trên busway)

√ 3 × 380 = 1413.2 (A) (A) Chọn busway LXC 1600A, ftot=1, 3P+100%N+PE(EN), dài 139m

• Điện trở : r1 = 0.037 mΩ/m; x1= 0.026 mΩ/m r0 ph-n = 0.173 mΩ/m; x0 ph-n= 0.119 mΩ/m r0 ph-pe = 0.392 mΩ/m; x0 ph-pe= 0.289 mΩ/m

Từ tủ điện tầng đến tủ căn hộ

Tầng 2 có tất cả 16 căn hộ, công suất biểu kiến: S CH_i = 9.6 (kVA) Dòng làm việc max I lvmax2 = Stt U 2 = 9.6 220 ×1000 = 43.64 (A)

Chọn dòng định mức cho CB – phòng: I dm_CB = 50 (A)

Tuyến dây từ tủ điện tầng 2 đến từng căn hộ được lắp đặt trên hệ thống máng cáp và ống PVC chôn trong tường, do đó cần áp dụng các hệ số hiệu chỉnh tương ứng.

- K 1 = 1 - dây đặt trong ống âm trong tường, thang máng cáp

- K 2 = 0.8 - số mạch đi trong ống là 2

- K 3 = 1- dây dẫn đặt trong môi trường có nhiệt độ là t o = 40 o C

Dòng điện hiệu chỉnh: I hc = I dmCB

Dòng cho phép của dây dẫn I cp ≥ I hc, trong đó dòng hiệu chỉnh I hc được tra cứu từ bảng Catalogue loại NYCWY Theo đó, dòng cho phép I cp là 63 A, vượt qua mức 62.5 A, và tiết diện dây dẫn F dd là 16 mm² Sản phẩm này là cáp điện lực hạ áp 1 lõi ruột đồng CVV, được cách điện bằng PVC và có vỏ PVC không có giáp bảo vệ.

• Tiết diện dây pha S pha = 10 mm 2 ; S N = 10 mm 2 ; S PE = 10 mm 2

• Điện trở : r1 = 1.842 mΩ/m; x1= 0.177 mΩ/m r0 ph-n = 7.366 mΩ/m; x0 ph-n= 0.67 mΩ/m r0 ph-pe =7.366 mΩ/m; x0 ph-pe= 0.772 mΩ/m

Từ tủ điện căn hộ đến thiết bị

Tính toán điển hình cho cấp nguồn máy nước nóng S tbi =2.22 (kW) Dòng làm việc max I lvmax2 = 𝑆 𝑡𝑏𝑖 𝑈 = 2.22×1000 220 = 10.1 (A)

Vì máy nước nóng là thiết bị đặt ở phòng tắm, nên cần độ an toàn cao cho người sử dụng, ta chọn RCBO = 13A 30mA

Tuyến dây từ tủ điện căn hộ đến từng thiết bị đặt trong ống conduit chôn trong tường, nên có các hệ số hiệu chỉnh như sau:

- K 1 = 1 - dây đặt trong ống âm trong tường, thang máng cáp

- K 2 = 1 - số mạch đi trong ống là 1

- K 3 = 1 - dây dẫn đặt trong môi trường có nhiệt độ là t o = 40 o C

Hình 6.2 Lắp đặt dây dẫn trên Simaris

Dòng điện hiệu chỉnh: I hc = I dmCB

Dòng cho phép của dây dẫn được xác định là I cp ≥ I hc, trong đó I hc là dòng hiệu chỉnh Thông số dòng hiệu chỉnh I hc có thể được tra cứu trong bảng Catalogue do hãng NYCWY cung cấp, từ đó xác định được dòng cho phép I cp.

= 27 (A) > 13 (A) và tiết diện dây dẫn F dd là 2.5 mm 2 (cáp điện lực hạ áp 3 lõi ruột đồng CVV, cách điện PVC, vỏ PVC không có giáp bảo vệ).

• Tiết diện dây pha S pha = 2.5 mm 2 ; S N = 2.5 mm 2 ; S PE = 2.5 mm 2

• Điện trở : r 1 = 7.366 mΩ/m; x 1 = 0.113 mΩ/m r0 ph-n = 29.466 mΩ/m; x0 ph-n= 0.453 mΩ/m r0 ph-pe ).466 mΩ/m; x0 ph-pe= 0.453 mΩ/m

Tính toán các thiết bị trong căn hộ, các căn hộ khác trên cùng một tầng và các tầng khác nhau Tải khối công cộng cũng cần được tính toán tương tự, với bảng tóm tắt kết quả ở cuối chương.

Kiểm tra độ sụt áp

Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng điện năng bao gồm điện áp và tần số; dao động điện áp và tần số càng nhỏ thì chất lượng càng cao Việc ổn định tần số là nhiệm vụ quan trọng của trung tâm điều độ Độ sụt áp liên quan đến tiết diện dây dẫn, với sụt áp xảy ra do phân áp trên các thành phần điện trở, cảm kháng và dung kháng của dây dẫn.

Trong thực tế, điện áp cung cấp cho các thiết bị (trong mạng hạ thế) các giá trị không bằng điện áp đầu ra của máy biến áp

Sụt áp trên dây dẫn được kiểm tra theo theo tiêu chuẩn TVCN 9206 – 2012 như sau:

• Đối với chiếu sáng làm việc: 5%

• Đối với chiếu sáng sơ tán người và chiếu sáng sự cố: 5%

• Đối với chế độ làm việc bình thường: 5%

Đối với chế độ sự cố, độ sụt áp 3 pha được tính bằng công thức ΔU = √3 I b (Rcosφ + Xsinφ)L, trong khi độ sụt áp 1 pha được tính theo công thức ΔU = 2 I b (Rcosφ + Xsinφ)L Đối với dây trung tính, độ sụt áp được xác định bằng công thức ΔU N = I N (Rcosφ N + Xsinφ N)L.

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH VÀ CHỌN THIẾT BỊ BẢO VỆ

Tính toán ngắn mạch

Ngắn mạch là hiện tượng các pha chồng chập nhau hoặc chạm đất, gây ra sự cố nghiêm trọng trong hệ thống cung cấp điện Để giảm thiểu tác động của ngắn mạch, việc tính toán và lựa chọn thiết bị bảo vệ chính xác là rất cần thiết, nhằm phát hiện và xử lý sự cố nhanh chóng.

Mục đích của việc tính toán ngắn mạch bao gồm lựa chọn thiết bị bảo vệ phù hợp, kiểm tra khả năng đóng cắt của thiết bị bảo vệ, đánh giá ổn định nhiệt của dây dẫn, xác định độ nhạy của thiết bị bảo vệ và kiểm tra độ bền điện động.

Tính dòng ngắn mạch 3 pha và 1 pha

• Dòng ngắn mạch 3 pha lớn nhất:

√ 3 × √ ( R MBA + R ph−min ) 2 +(X MBA + X ph−min ) 2

• Dòng ngắn mạch 3 pha nhỏ nhất:

√ 3 × √ (R MBA + R ph−max ) 2 +(X MBA +X ph−max ) 2

• Dòng ngắn mạch 1 pha chạm vỏ lớn nhất:

• Dòng ngắn mạch 1 pha chạm vỏ nhỏ nhất:

Trong phần tính toán ngắn mạch này, các thông sô điện trở Máy biến áp, điện trở dây dẫn được lấy từ kết quả tính toán phần mềm Simaris

Lựa chọn thiết bị bảo vệ

Để hiểu rõ hơn về hoạt động của CB, chúng ta khảo sát đặc tính vận hành của CB tác động theo kiểu từ nhiệt sau:

Hình 7.1: Đặc tính vận hành của CB tác động theo kiểu từ nhiệt

Trên đường đặc tính người ta thường quan tâm tới các thông số sau:

• Dòng cắt nhiệt I r : Nếu dòng điện phụ tải vượt hơn Ir trong một thời gian đủ dài, CB sẽ tác động ngắt mạch để bảo vệ quá tải

• Dòng cắt từ I m : Dòng ngưỡng cắt ngắn mạch một pha, với tác động nhanh

• Dòng cắt nhanh I i : Dòng ngưỡng cắt ngắn mạch 3 pha, với tác động tức thời

• Dòng làm việc định mức của CB I n ( I đmCB )

• Dòng cắt định mức của CB I cu : Nếu dòng phụ tải vượt quá I cu thì CB sẽ bị phá hỏng. Điều kiện chọn CB:

I lvmax ≤ Ir = K r I dmCB ≤ I cpdd = k hc I cpdd

Dựa vào thông số dòng điện trong các chế độ làm việc như ngắn mạch và quá tải của phụ tải, chúng ta có thể chọn cầu dao (CB) phù hợp và điều chỉnh các hệ số cắt để đảm bảo CB hoạt động chính xác và an toàn trong việc cắt mạch.

Bảo vệ quá tải là một yếu tố quan trọng trong việc sử dụng cầu dao (CB) Đối với CB không hiệu chỉnh được, dòng cắt nhiệt Ir tương ứng với dòng làm việc định mức IdmCB Trong trường hợp CB hiệu chỉnh được, dòng Ir có thể được điều chỉnh so với dòng In thông qua hệ số k 0 (chỉnh thô) và k r (chỉnh tinh), tùy thuộc vào các hệ số của Trip Unit.

Trong thực tế, việc bảo vệ quá tải không chỉ áp dụng cho phụ tải mà còn cho dây dẫn Điều này đảm bảo rằng nhiệt độ dây dẫn khi quá tải không vượt quá giới hạn cho phép Do đó, điều kiện cần thiết là dòng điện I r phải nhỏ hơn hoặc bằng dòng điện cho phép I cpdd, với hệ số K r và k hc được tính toán phù hợp.

Dòng cắt nhiệt cần được điều chỉnh phù hợp với dòng định mức của thiết bị, nhằm ngăn ngừa hiện tượng quá nhiệt khi thiết bị hoạt động dưới điện áp quá tải trong thời gian dài và đảm bảo đáp ứng các yêu cầu bảo vệ cho dây dẫn.

Bảo vệ ngắn mạch một pha sử dụng dòng cắt từ Im làm ngưỡng để ngắt dòng Để đảm bảo hiệu quả, cần đảm bảo rằng dòng cắt từ lớn hơn dòng đỉnh nhọn của phụ tải, tức là I dn ≤ I m = K m * I r ≤ I k1min.

Bảo vệ ngắn mạch ba pha là một yếu tố quan trọng trong hệ thống điện, vì ngắn mạch ba pha có thể tạo ra dòng ngắn mạch rất lớn, lên đến hàng chục kA, gây hư hại nghiêm trọng cho thiết bị điện Do đó, việc lựa chọn cầu dao (CB) phải đảm bảo khả năng cắt điện tức thời để bảo vệ hệ thống Để thực hiện điều này, bước đầu tiên là tính toán dòng ngắn mạch ba pha một cách chính xác.

Sau đó ta lựa chọn CB thỏa điều kiện sau: I cu ≥ I k3max

Trong mạng điện hạ áp, dòng ngắn mạch lớn nhất thường là dòng ngắn mạch ba pha, trong khi dòng ngắn mạch nhỏ nhất là dòng ngắn mạch một pha, do sơ đồ nối đất của tòa nhà thuộc dạng TN Do đó, chúng ta sẽ tiến hành tính toán dòng ngắn mạch một pha và ba pha, đồng thời lựa chọn thiết bị bảo vệ phù hợp và kiểm tra tính đóng cắt cũng như phối hợp giữa các thiết bị.

Tính toán ngắn mạch và lựa chọn cầu dao (CB) từ tủ phân phối tổng (MSB) đến tủ điện căn hộ là bước quan trọng trong thiết kế hệ thống điện Việc này đảm bảo an toàn và hiệu quả cho toàn bộ hệ thống điện, giúp bảo vệ thiết bị khỏi các sự cố ngắn mạch Cần thực hiện các phép tính chính xác để xác định dòng ngắn mạch tối đa và chọn CB phù hợp với công suất và đặc điểm của tải điện.

Theo tính toán chọn trên phần mềm Simaris, máy biến áp có công suất 1600 (kVA) Thông số điện trở của MBA:

• Từ máy biến áp đến tủ MSB kết nối bằng busbar LXC 2500A

R 1-max = 0.104(mΩ); X 1-max = 0.045(mΩ); R 0-max = 2.149(mΩ); X 0-max = 1.45(mΩ) Dòng ngắn mạch tại tủ điện phân phối tổng (MSB) :

• Dòng ngắn mạch 3 pha lớn nhất:

Theo tính toán của SIMARIS:

Hình 7.2: Kết quả ngắn mạch tại tủ MSB Chọn CB tổng: Điều kiện:

I lv max = 1909 ≤ I r = K r x I dmCB ≤ 𝐼′ 𝑐𝑝𝑑𝑑 = K hc x I cpdd = 2500(A)

I cu ≥ I k3max = 43.72 (kA) Chọn ACB do Siemens chế tạo loại: 3WL12252CB311AA2/LSI loại 4 cực có

Bảo vệ dòng ngắn mạch 3 pha: I cu = 66 (kA) ≥ I k3max = 43.72 (kA) Loại Trip Unit cho CB là : ETU25B với thông số:

K m =1.25 - 1.5 - 2 - 2.5 - 3 - 4 - 6 - 8 - 10 - 12 Hiệu chỉnh : I lv max 09 ≤ I r = K r x 2500 ≤ 𝐼′ 𝑐𝑝𝑑𝑑 =K hc x I cpdd = 2500(A)

 Chỉnh K r = 0.9 Vậy dòng cắt nhiệt CB: I r = K r x 2500 = 0.9 x 2500 = 2250 (A)

Ta có: I m = K m x 2250≤ I k1min = 34.56 (kA) => Chỉnh K m = 4 Dòng tác động từ cắt nhanh: I m = K m x 2250 =4 x 2250 = 9 (kA)

Hình 7.3: Kết quả chọn ACB đầu vào tủ MSB_1

Tính toán dòng ngắn mạch và chọn CB cho busway 02 (thanh busway cấp nguồn tầng 10-16)

Thanh busbar 02 có dòng tối đa 1233A, kết nối với thanh cái tủ MSB qua một ACB gắn trong tủ Tủ MSB có dòng tối đa 43.72kA và dòng tối thiểu 34.16kA Do đó, chúng ta sẽ chọn ACB bảo vệ cho busway 2, loại 3WL11162CB311AA2/LSI do Siemens sản xuất, với 3 cực.

I dmCB = 1250A> I lv max = 1233(A); U dmCB = 415V> U dmHT ;

I cu = 55 (kA) > I k3max = 43.72(kA) Loại Trip Unit cho CB là : ETU25B với thông số

K m = 1.25 - 1.5 - 2 - 2.5 - 3 - 4 - 6 - 8 - 10 - 12 Hiệu chỉnh : I lv max 33 ≤ I r = K r x 1250 ≤ 𝐼′ 𝑐𝑝𝑑𝑑 =K hc x I cpdd = 2000(A)

=>chỉnh K r = 1 Vậy dòng cắt nhiệt CB: I r = K r x 1250 = 1 x 1250 = 1250 (A)

Ta có: I m = K m x 1250 ≤ I k1min = 34.56 (kA) => Chỉnh K m = 4 Dòng tác động từ cắt nhanh: I m = K m x 1250 = 4 x 1250 = 5 (kA)

Hình 7.4: Kết quả chọn ACB đầu ra tủ MSB_1 (nối với busway 2) Tính toán ngắn mạch tại tủ tầng 16.02 (DB-C.T16.02)

• Thông số điện trở từ MBA đến tủ phân phối tổng MSB đã có ở trên

• Thông số điện trở thanh busway LXC đến tầng 16

Chiều dài Busway 2 chạy đến tầng 16 là 138m (chiều dài tổng 139m)

• Thông số điện trở từ busway 2 nối tới tủ tầng 16 (DB-C.T16) là 5m

• Thông số điện trở từ tủ tầng 16(DB-C.T16) nối tới tủ tầng 16.02(DB-C.T16.02) là 5m

Từ những thông số trên ta tính được:

- Dòng ngắn mạch 3 pha lớn nhất:

- Dòng ngắn mạch 1 pha nhỏ nhất:

Hình 7.5: Kết quả ngắn mạch tại tủ DB.T16.02 Chọn CB tủ điện tầng 16.02

Chọn MCCB hãng Siemens: 3VA11123EE360AA0 loại 3 cực với các thông số:

I dmCB = 125A; U dmCB = 415 (V); I cu = 25(kA) > I (3) 𝑁−𝑚𝑎𝑥 = 23.66 Hiệu chỉnh : I lv max 2.4 ≤ I r = K r x 125 ≤ 𝐼′ 𝑐𝑝𝑑𝑑 =K hc x I cpdd = 149(A)

 chỉnh K r = 1 Vậy dòng cắt nhiệt CB: I r = K r x 125 = 1 x 125 = 125 (A)

Ta có: I m = K m x 125≤ I k1min = 5.596 (kA) => Chỉnh K m = 4 Dòng tác động từ cắt nhanh: I m = K m x 125 = 4 x 125 = 0.5 (kA)

Hình 7.6: Kết quả chọn CB tầng 16.02 theo Simaris

*Tính toán ngắn mạch và chọn thiết bị bảo vệ cho tủ điện căn hộ 23

Tủ điện tầng 16-02 nối với tủ căn hộ 23 bằng dây dẫn có tiết diện 16mm 2 dài 39m có thống số điện trở sau:

- Dòng ngắn mạch 1 pha chạm vỏ nhỏ nhất:

Hình 7.5 Kết quả ngắn mạch tại tủ căn hộ 23

Chọn CB tủ điện căn hộ 23 Điều kiện:

I lv max = 43.7 ≤ I r = K r x I dmCB ≤ 𝐼′ 𝑐𝑝𝑑𝑑 = K hc x I cpdd = 50.4(A)

I cu ≥ I k1max = 1.96 (kA) Chọn MCCB hãng Siemens: 5SY75507 loại 2 cực với các thông số:

Hình 7.6: Kết quả chọn CB căn hộ 23 theo Simaris

*Tính toán ngắn mạch và chọn thiết bị bảo vệ line ổ cắm p.ngủ + p.khách

Tủ điện căn hộ 22 nối với line ổ cắm phòng ngủ và phòng khách bằng dây dẫn có tiết diện 2.5mm 2 dài 14m

- Dòng ngắn mạch 1 pha chạm vỏ nhỏ nhất:

Hình 7.7 Kết quả ngắn mạch line ổ cắm p.ngủ+p.khách Chọn CB bảo vệ line ổ cắm p.ngủ+p.khách Điều kiện: U dmCB ≥ U dm lưới = 220V

I lv max = 10.5 ≤ I r = K r x I dmCB ≤ 𝐼′ 𝑐𝑝𝑑𝑑 = K hc x I cpdd = 27(A)

Vì ổ cắm là phần tử rất dễ xảy ra sự cố rò điện nên chọn MCB+RCD để bảo vệ MCB: số cực: 1p+n; I dmCB = 16A; U dmCB = 230(V); I cu = 6(kA)

RCD: số cực 2 loại RCCB ; I dmRCD = 16A; U dmRCD = 230(V); I rò = 30(mA)

Hình 7.7 Kết quả ngắn mạch line ổ cắm p.ngủ+p.khách

 Với cách tính tương tự như trên, ta có bảng sau:

I kmax (kA) I kmin (kA) Thiết bị bảo vệ

Số cực Ổ cắm 1 pha, p.ngủ + p.khách 10.5 27 0.665 0.452 MCB+RCCB 16 6 1P Ổ cắm 1 pha, máy giặt, bếp 12.8 27 0.724 0.491 MCB+RCCB 16 6 1P Ổ cắm 1 pha, cấp nguồn bếp điện 14.4 27 0.929 0.623 MCB+RCCB 16 6 1P

Cấp nguồn máy lạnh 3.42 19.5 0.6 0.41 MCB 4 6 1P

Cấp nguồn máy lạnh 3.42 19.5 0.566 0.387 MCB 4 6 1P

Cấp nguồn máy lạnh 6.84 27 0.665 0.452 MCB 8 6 1P

Cấp nguồn máy nước nóng 10.1 27 0.794 0.536 MCB+RCCB 16 6 1P

Cấp nguồn máy nước nóng 10.1 27 0.929 0.623 MCB+RCCB 16 6 1P

Dòng điện lớn nhất vào tủ (A) 43.7 50.4 1.936 1.231 MCB 50 15 2P

Bảng 7.1: Tính dòng ngắn mạch và chọ CB cho tủ căn hộ (DB-CH.A)

I kmin (kA) Thiết bị bảo vệ

Loại I n (A) I cu (kA) Số cực

Cấp nguồn căn hộ 13 43.7 50.4 2.065 1.308 MCB 50 15 2P

Dòng điện lớn nhất vào tủ (A) 122.4 149 23.465 5.342 MCCB 125 225 3P

Bảng 7.2: Tính dòng ngắn mạch và chọn CB cho tủ điện kế tầng 16

Bảng 7.3: Tính dòng ngắn mạch và chọn CB cho tủ điện tầng

Loại In(A) Icu(kA) Số cực

Dòng điện lớn nhất vào tủ (A) 1909 2500 43.718 32.281 ACB 2500 66 4P

Bảng 7.4: Tính dòng ngắn mạch và chọn CB cho tủ điện tổng MSB_1 block C

Loại In(A) Icu(kA) Số cực

Bảng 7.5: Tính dòng ngắn mạch và chọn CB cho tủ điện tổng MSB_3 khối công cộng block C&D

LỰA CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐẤT- THIẾT KẾ CHỐNG SÉT VÀ NỐI ĐẤT

Nối đất

Mục đích: đảm bảo an toàn cho người lúc chạm vào các bộ phận có mang điện áp

Nối đất giúp giảm điện áp trên các bộ phận kim loại của thiết bị điện, đảm bảo an toàn cho con người.

Hệ thống nối đất bao gồm: thanh nối đất và dây dẫn để nối đất

Nối đất làm việc: nối đất với mục đích xác định chế độ làm việc của thiết bị điện

Ví dụ như nối đất trung tính máy biến áp, máy phát điện, nối đất chống sét để bảo vệ chống quá điện áp, chống sét đánh trực tiếp…

8.1.1 Nối đất bảo vệ an toàn, làm việc, chống sét:

Khi chọn sơ đồ TN-S cho chung cư có trạm biến áp ở tầng trệt và trung tính nối đất trực tiếp, cần lưu ý rằng nhiều tải 1 pha và tải căn hộ sử dụng dây có tiết diện nhỏ hơn 10 mm² (dây Cu) Do đó, sơ đồ nối đất TN-S theo tiêu chuẩn IEC là lựa chọn phù hợp cho mạng điện với điện áp 𝑈 ≤ 1000 𝑉.

Sơ đồ nối dây có dây trung tính và dây nối đất được tách riêng (dây PE).

Hình 8.1 Sơ đồ nối đất TN-S

Mức nhiễu trên đường dây thông tin giảm do tải không đối xứng và thiết bị biến đổi công suất Điều này cũng làm giảm nguy cơ cháy nổ so với sơ đồ TN-C.

● Điều kiện bảo vệ an toàn của hệ thống nối đất TN-S:

I cv > I m (I cv chính là I N-1pha )

Sơ đồ nối đất TN – S (gồm dây pha, dây N và dây PE)

Tủ tầng và các thiết bị sử dụng sơ đồ nối đất TN-S cho ổ cắm, nhưng không áp dụng cho đèn, quạt, máy lạnh Nguyên nhân là do các thiết bị này thường được lắp đặt trên cao, cho phép dễ dàng cắt điện khi cần sửa chữa.

● Điều kiện an toàn của hệ thống nối đất TN-S ở TPPC:

Dòng chạm vỏ: I cv = I N-1pha = 34.16 (kA) ; Dòng cắt từ: I m = 22500 (A) Kiểm tra khả năng cắt của thiết: I cv 4.16 (kA) > I m = 22.5 (kA)

→ Thỏa điều kiện bảo vệ an toàn với mạch điện TN-S cho Chung cư

Nguyên tắc chọn tiết diện dây PE ( S PE ):

● Khi tiết diện dây pha: S pha < 16 mm 2 Chọn S PE bằng dây pha

● Khi tiết diện dây pha: 35mm 2 ≥ S pha > 16 mm 2 Chọn S PE mm2

● Các trường hợp khác: S PE ≥ 0,5 S pha

8.1.2 Chọn sơ đồ nối đất bảo vệ:

8.1.3 Tính toán nối đất trung tính:

Tính toán nối đất trung tính chính là tính toán nối đất làm việc nối vào trung tính của máy biến áp, TPPC

Xác định điện trở nối đất theo quy phạm: với nối đất trung tính thì Rđ < 4Ω

Hệ thống nối đất bao gồm các cọc đồng có đường kính 6 cm và chiều dài 2.5m, được kết nối bằng cáp đồng trần có cùng đường kính 6 cm và chiều rộng 4 cm, tạo thành mạch vòng nối đất Các cọc đứng được chôn sâu 0,8 m so với mặt đất, và cáp đồng được hàn chặt với các cọc tại độ sâu này Thông số điện trở tản của cọc rất quan trọng trong việc đảm bảo hiệu quả của hệ thống nối đất.

Trong đó: ρ tt = Km * ρ ρ: Điện trở suất của đất (Ωm), với đất cát pha sét ρ= 100 (Ωm).

Hệ số mùa Km được tính bằng công thức Km = 1.4, với cọc dài 2.5m và độ sâu 0.8m trong điều kiện đất khô Đường kính ngoài của cọc là d = 0.06m Chiều dài cọc l là 2.5m, và độ chôn sâu t của cọc, tính từ mặt đất đến điểm giữa của cọc, được xác định là t = 0.8 + (2.5/2) = 2.05m.

Xác định sơ bộ số cọc: η c :hệ số sử dụng cọc

Khoảng cách giữa các cọc: a = 1 * L = 2.5(m), tỉ số a/l = 1, khoảng hơn 10 cọc

PL05 [4] ta có η c = 0,52 R đ = 4 Ω : điện trở nối đất yêu cầu.

R cƩ = η R c c ∗n  n = η R c c ∗R cƩ = 0.52∗4 17.78 = 8.5 Chọn 9 cọc được chôn sâu thành mạch vòng cách nhau 2.5 m Điện trở tản của thanh:

P tt = p*K max : Điện trở suất tính toán của đất ở độ sâu chôn thanh

PL03 [4] thanh dẹt ngang sâu 0,8m, đất khô -> Kmax = 1.4 l: Chiều dài ( chu vi) mạch vòng tạo bởi các thanh nối

Vậy chiều dài thanh nối là: l = a*n = 9*2.5 = 22.5 (m) d : Bề rộng thanh nối, lấy d = 4 (cm) = 0.04 (m) t : chiều sâu chôn cọc thanh nối, t = 0,8 (m)

0.04∗0.8 ) = 4.15 (Ω) PL06[4] η t = 0.67 Điện trở tản tổng hợp:

Chống sét sử dụng đầu thu sét phát tia tiên đạo sớm

Cách lắp đặt: đầu ESE có thể được lắp đặt trên cột độc lập hoặc trên kết cấu công trình được bảo vệ

Hình 8.2: Vùng bảo vệ của đầu thu sét ESE

Nguyên lý hoạt động của ESE dựa trên việc thay đổi trường điện từ xung quanh cấu trúc bảo vệ thông qua vật liệu áp điện (piezoelectric) theo thiết kế của Franklin France Cấu trúc đặc biệt của ESE giúp gia tăng cường độ điện trường tại chỗ vào thời điểm kích hoạt sớm, từ đó nâng cao khả năng phát xạ ion và tạo ra điều kiện lý tưởng cho sự phát triển phóng điện sét.

Vùng bảo vệ ESE là một hình nón với đỉnh tại đầu kim thu sét, trong đó bán kính bảo vệ Rp (m) được xác định bởi khoảng cách kích hoạt sớm trung bình ∆𝐿 (m) của kim thu sét và khoảng cách kích hoạt D (m), tùy thuộc vào mức độ bảo vệ cần thiết.

Nếu h > 5m theo tiêu chuẩn NF-C 17 102 của Pháp:

D (m): phụ thuộc cấp bảo vệ I, II, III h: chiều cao đầu thu sét tính từ đỉnh kim đến bề mặt được bảo vệ

∆𝐿 (m): độ lợi về khoảng cách phóng tia tiên đạo.

∆𝐿=v ∆𝐿; ∆T(us) độ lợi về thời gian.

8.2.2 Chọn thiết bị bảo vệ:

Hình 8.3 Thông số kĩ thuật đầu thu sét ESE

Chúng tôi đã chọn hệ thống chống sét chủ động cho chung cư với cấp bảo vệ chống sét là cấp 2 Phương pháp chống sét áp dụng là sử dụng đầu thu ESE của Stormaster, và mỗi block căn hộ sẽ được trang bị một đầu thu ESE để đảm bảo an toàn tối ưu.

Tính toán đặt kim thu sét bảo vệ cho block C (block D tương tự) Block C có tổng diện tích xây dựng 1694.8m2, cao 82m a = 102.7 m, b = 61.51 m => Rbv =0.5× √ 102.7 2 +61.51 2 = 60(m)

Để xác định bán kính bảo vệ của đầu thu ESE, chúng ta chọn loại đầu thu Stormaster với độ cao 5 m so với công trình Bán kính bảo vệ được tính toán là Rp = 63 m.

Vậy chung cư đã được bảo vệ chống sét đánh trực tiếp.

Hình 8.4 Mặt bằng bố trí kim thu sét tầng mái và bán kính bảo vệ

8.2.3 Tính toán nối đất chống sét:

8.2.3.1 Lý thuyết: Điện trở xung kích của một cọc hay một thanh nối đất: Điện trở xung kích của một cọc hay một thanh nối đất được tính theo:

R xk = 𝛼 xk R R: điện trở tải xoay chiều của cọc hay thanh

𝛼 xk : hệ số xung kích của cọ hay thanh ( tra PL15, 35, 37… ) Điện trở xung kích của một tổ hợp đơn giản:

Hệ nối đất bao gồm n cọc hoặc n thanh giống nhau, với điện trở nối giữa chúng được bỏ qua Khi các cọc cách nhau một đoạn a, điện trở xung kích của tổ hợp được tính theo công thức: R xk tổng = n ∗ n R xk xk.

Điện trở xung kích (R xk) là chỉ số quan trọng của một cọc hoặc thanh, trong khi hệ số sử dụng xung kích (n xk) của tổ hợp được tra cứu theo PL 11, 12, 34, 35 Để xác định điện trở xung kích của một tổ hợp phức hợp, cần xem xét các yếu tố liên quan và áp dụng các quy định kỹ thuật phù hợp.

R xk/c : điện trở xung kích của cọc

R xk/t : điện trở xung kích của thanh

∗1 η xk Điện trở nối đất nối dạng thanh:

Công thức gần đúng: Z(0,T ds ) = R xc + 3T L 0 ∗l ds

T ds : thời gian đầu sóng của song dòng sét dạng xiêng góc, 𝜇𝑠

R xc : điện trở tản xoay chiều tần số công nghiệp, Ω

L : chiều dài của thanh nối đất, m

L o : điện cảm trên đơn vị dài của thanh nối đất, 𝜇𝐻/𝑚.

Xác định điện trở nối đất theo quy phạm: với nối đất chống sét thì R đ < 10 Ω

Hệ thống nối đất bao gồm ba thanh thép dẹt có kích thước 40 mm x 10 m, được chôn sâu 0.8 m trong đất có điện trở suất ρ 0 = 100 (Ω.m), chủ yếu là đất cát pha sét Giả sử dòng sét chạy qua hệ thống đạt 100 kA, điện trở tính toán của đất là 1.4 (đất khô) theo tài liệu PL 3 [4].

P tt = k m * p do = 100 * 1.4 = 140( Ω m) Điên trở tản xoay chiều của 1 thanh:

0.04∗0.8 ) = 19.47(Ω) Dòng điện sét chạy trong mỗi thanh: I = 100/4 = 25 (kA).

Với 3 thanh, l = 10 (m); I = 25 (kA); tra PL 16 [4] cho ta 𝛼xk = 1.18

R xk = 𝛼 xk Rt = 1.18*19.47 = 22.97 (Ω) Tra PL 12 [4] ta có n xk = 0.65 ( tia 10 m, mỗi tia 3 cọc)

Hệ thống nối đất bao gồm ba thanh thép dẹt với kích thước 40 mm x 10 m, được chôn sâu 0.8 m trong đất có điện trở suất ρo = 100 Ωm (đất cát pha sét) Cấu trúc này được bố trí theo hình dạng ba tia, mỗi tia dài 10 m và có ba cọc nối đất.

PHẦN II: CHUYÊN ĐỀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI CHO TÒA NHÀ AN DÂN

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHUYÊN ĐỀ

Tổng quan về điện mặt trời

Trong bối cảnh nguồn năng lượng điện đang dần cạn kiệt, năng lượng xanh, đặc biệt là năng lượng mặt trời, ngày càng được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi tại Việt Nam Điện mặt trời, hay còn gọi là quang điện (Photovoltaics - PV), là nguồn năng lượng tái tạo lớn nhất mà con người có thể khai thác, với tính chất sạch và bền vững Việc sử dụng năng lượng mặt trời không chỉ không gây hại cho môi trường mà còn mang lại nhiều lợi ích tích cực cho kinh tế và đời sống Chính vì vậy, sự phát triển của điện mặt trời đang được chú trọng tại nhiều quốc gia, bao gồm cả Việt Nam.

Năng lượng mặt trời mang lại sự tiện lợi và sẵn có, đặc biệt tại Việt Nam, nơi có lượng bức xạ cao Điều này tạo ra tiềm năng lớn cho việc khai thác và sử dụng nguồn năng lượng này.

Bức xạ mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo vô tận, mang lại lợi ích lớn cho con người Chúng ta có thể sử dụng năng lượng mặt trời mà không lo về việc cạn kiệt hay hết hạn, giúp bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

Ánh sáng mặt trời là nguồn năng lượng sạch và an toàn nhất, đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự sống cho nhân loại Với tính chất tự nhiên và không gây ô nhiễm, năng lượng mặt trời mang lại lợi ích bền vững cho môi trường.

- Nguồn năng lượng miễn phí: Không ai đánh thuế hay kiểm soát khi sử dụng năng lượng mặt trời.

- Lợi ích to lớn của điện mặt trời.

Tự chủ về nguồn điện là một lợi ích lớn khi sử dụng hệ thống điện mặt trời, bất kể bạn ở đâu và quy mô của nhà máy điện là lớn hay nhỏ Với điện mặt trời, bạn sẽ không phải lo lắng về tình trạng cúp điện như khi sử dụng điện lưới.

Điện mặt trời không yêu cầu chi phí vận hành, khác với các máy điện truyền thống cần nhiên liệu như dầu và xăng Với hệ thống điện mặt trời, bạn chỉ cần đầu tư một lần và sẽ có điện năng sử dụng miễn phí trọn đời thiết bị mà không tốn thêm chi phí nào.

Tối ưu hóa lợi nhuận đầu tư từ hệ thống điện mặt trời là một lựa chọn thông minh, khi sau 5 năm hoạt động, bạn sẽ hoàn vốn ban đầu Sau 25 năm tiếp theo, gia đình hoặc doanh nghiệp của bạn sẽ được sử dụng điện miễn phí Điều này chứng tỏ rằng, ngay từ khi bắt đầu đầu tư, bạn đã có thể chắc chắn về một dự án mang lại lợi nhuận cực cao.

Hệ thống điện mặt trời dễ lắp đặt và sử dụng, với chi phí bảo dưỡng thấp Chỉ cần chọn vị trí có nhiều nắng để lắp đặt tấm pin, trong khi các thiết bị khác được nhà cung cấp đảm bảo Việc duy trì hệ thống chỉ cần vệ sinh tấm pin mặt trời định kỳ.

Sử dụng điện mặt trời là một giải pháp thân thiện với môi trường, giúp giảm thiểu tiếng ồn và khói bụi Quá trình này còn góp phần làm giảm khí gây hiệu ứng nhà kính, mang lại bầu không khí trong lành và sạch đẹp cho cộng đồng.

- Ứng dụng rộng rãi và đa dạng: Chúng ta có thể lắp đặt và sử dụng nguồn năng lượng mặt ở bất kì đâu

Trong bối cảnh các nguyên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt, điện mặt trời nổi lên như một nguồn năng lượng thay thế quan trọng Sử dụng năng lượng mặt trời không chỉ giúp phát triển bền vững về kinh tế mà còn cải thiện chất lượng đời sống.

Lý do chọn chuyên đề:

Việt Nam sở hữu vị trí địa lý thuận lợi với tiềm năng lớn trong việc khai thác năng lượng mặt trời, nhờ vào nguồn năng lượng này có thể sử dụng gần như quanh năm Trung bình, năng lượng bức xạ đạt từ 4 đến 5 kWh/m² mỗi ngày, và số giờ nắng trung bình hàng năm dao động từ 949 đến 1680 giờ, tạo điều kiện lý tưởng cho việc phát triển năng lượng tái tạo này.

Trong bối cảnh nhu cầu năng lượng tại Việt Nam ngày càng tăng, việc khai thác các nguồn năng lượng tái tạo (NLTT) trở nên khả thi và cần thiết Tiềm năng NLTT của Việt Nam rất lớn, trong khi khả năng cung cấp năng lượng nội địa còn hạn chế Điều này đặc biệt quan trọng khi nhu cầu sử dụng điện cho sản xuất ở mức cao, cho thấy rằng việc phát triển NLTT không chỉ có lợi về công nghệ mà còn mang lại hiệu quả kinh tế và môi trường tích cực.

Trong những năm gần đây, công nghệ năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời, đã có sự phát triển vượt bậc với tốc độ tăng trưởng cao Sự tiến bộ này đã dẫn đến việc giảm đáng kể chi phí lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời.

Theo quyết định số 428/QĐ-TTg ngày 18/3/2016 của Thủ tướng Chính phủ, quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến năm 2030 đã được phê duyệt Kế hoạch này đặt mục tiêu nâng tổng công suất điện mặt trời từ mức hiện tại lên khoảng 850MW vào năm 2020, 4.000MW vào năm 2025 và 12.000MW vào năm 2030 Dự kiến, điện năng từ nguồn điện mặt trời sẽ chiếm khoảng 0.5% vào năm 2020, 1.6% vào năm 2025 và 3.3% vào năm 2030.

Hình 9.1: Bản đồ tiềm năng năng lượng mặt trời ở Việt Nam

Nhận thấy lợi ích to lớn từ điện mặt trời, chúng tôi đã thiết kế hệ thống điện mặt trời (PV) cho chung cư URBAN HILL Phú Mỹ Hưng, tận dụng tầng mái để tiết kiệm năng lượng Điện mặt trời hiện nay đã được áp dụng rộng rãi tại nhiều hộ gia đình, nhà máy và các công trình lớn như Tân Cảng ICD Sóng Thần, Vincom Đà Nẵng, và Đại học Bách Khoa Với cường độ bức xạ mặt trời trung bình cao, hệ thống điện năng lượng mặt trời tại Việt Nam đạt hiệu suất tối ưu, giúp giảm thiểu sử dụng điện từ lưới điện Hiện tại, Việt Nam chủ yếu sử dụng hai loại hình điện mặt trời, trong đó có điện mặt trời độc lập.

KHẢO SÁT SỐ LIỆU BỨC XẠ MẶT TRỜI

Dữ liệu bức xạ mặt trời tại thành phố Hồ Chí Minh

Công trình chung cư An Dân tọa lạc tại quận Thủ Đức, TPHCM, do đó việc khảo sát dữ liệu bức xạ tại khu vực này là cần thiết để thực hiện tính toán và thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời (PV).

Sử dụng công cụ Geographic Size trên phần mềm PVsyst ta tìm được tọa độ địa lý của vị trí chung cư.

Hình 10.1 Bản đồ tọa đồ thành phố Hồ Chí Minh trên PVsyst

Thực hiện Import tọa độ thành phố Hồ Chí Minh vào phần mềm PVsyst ta được thông số địa lý của thành phố như hình dưới đây:

Hình 10.2: Thông số tọa độ thành phố Hồ Chí Minh trên PVsyst Ở mục Meteo Data Import chọn meteonorm để thu nhập dữ liệu bức xạ mặt trời.

Hình 10.3: Số liệu bức xạ từ Meteonorm trên PVsyst

Dự kiến khả năng sử dụng điện mặt trời cho tòa nhà

Khảo sát diện tích sử dụng tầng mái để tiến hành tính toán diện tích dự kiến có thể lắp đặt hệ thống pin mặt trời.

Tòa chung cư có 2 block C với block D.

S 1 =(5.925*12*20.7+5*2.1*6)34.77 m 2 Vậy ta thiết kế lắp đặt khoảng: 1500 m 2

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI HÒA LƯỚI

Chọn dàn pin quang điện

Cấu hình lắp đặt các tấm pin.

Các tấm pin được lắp đặt theo thiết kế như sau:

Góc nghiêng: 12 o , hướng chính Nam nên Azimuth:0 o

Giới thiệu về pin quang điện

Pin quang điện là hệ thống các tấm vật liệu đặc biệt chuyển đổi quang năng từ ánh sáng mặt trời thành điện năng Chúng được cấu tạo từ các tế bào quang điện đơn tinh thể và đa tinh thể, với hiệu suất cao từ 15% đến 20% và tuổi thọ trung bình lên đến 30 năm.

Hình 11.2: Tấm pin monocrystalline và polycrystalline

Bảng 11.1: So sánh pin Mono và pin Poly

So sánh Pin monocrystalline Pin polycrystalline

Silic đơn tinh thể được tạo ra từ các thỏi silic hình ống tinh khiết Quá trình sản xuất tinh thể đơn, hay module, dựa trên phương pháp Czochralski Các module này sau đó được ghép lại để tạo thành các tấm pin năng lượng mặt trời có diện tích lớn.

Silic đa tinh thể được sản xuất dưới dạng các thỏi đúc từ silic nung chảy, sau đó được làm nguội và làm rắn Những thỏi này được ghép lại với nhau để tạo thành các tấm pin năng lượng mặt trời có diện tích lớn.

Hiệu suất -Hiệu quả hơn trong điều kiện ánh sáng yếu và trung bình -Từ 15% - 20%

-Hoạt động kém hiệu quả hơn Poly trong nhiệt độ tăng cao

-Kém hiệu quả hơn trong điều kiện ánh sáng yếu và trung bình

-Do có nhiều tinh thể trong tế bào nên các khoảng trống ít hơn làm cho các phân tử điện electron di chuyển cũng khó khăn hơn

Màu sắc Các tấm năng lượng có màu đen, giữa các tế bào có khoảng trống màu trắng

Tấm năng lượng có màu xanh hoặc xanh đậm

Giá thành Cao hơn Thấp hơn

Tuổi thọ Trên 25 năm Trên 25 năm

Các nhà sản xuất Canadian

HanwhaKyoceroHyundaiSolarWorldTrina

Lựa chọn pin quang điện

Dựa vào bảng so sánh giữa hai loại pin quang điện, việc lựa chọn tấm pin polycrystalline cho hệ thống điện PV của tòa nhà là hợp lý, bởi tầng mái của tòa nhà có cường độ nắng cao và không bị che khuất.

- Chọn pin Polycrystalline HANWHA Q CELLS model QLUS L G4 2 350W do HANWHA sản xuất.

Hình 11.4: Kích thước tấm pin QLUS L G4 2 350W Thông số kĩ thuật tấm pin

Hình 11.5: Thông số điện của tấm pin Ý nghĩa các thông số kỹ thuật của tấm pin:

Điểm công suất cực đại (P max) là vị trí mà tấm pin mặt trời sản sinh ra công suất lớn nhất, nằm tại điểm cong nhất của đồ thị đặc tuyến I-V Khi sử dụng các thiết bị điều khiển sạc hoặc biến tần có chức năng MPPT, điểm này chính là mục tiêu mà MPPT cố gắng duy trì để tối ưu hóa công suất đầu ra.

Điện áp hở mạch (Voc) là điện áp tối đa mà tấm pin mặt trời tạo ra khi không có tải Đây là thông số quan trọng giúp xác định khả năng sinh điện của tấm pin trong điều kiện tiêu chuẩn Thông qua Voc, người dùng có thể lựa chọn phương án kết nối các tấm pin trong dãy để phù hợp với Inverter.

- I sc : Còn gọi là dòng điện ngắn mạch (Short Circuit Current) đây là dòng điện lớn nhất mà tấm pin sinh ra ở điều kiện tiêu chuẩn.

Điện áp làm việc tại công suất cực đại (V mpp) là điện áp mà tại đó công suất đầu ra đạt hiệu suất tối ưu trong điều kiện tiêu chuẩn.

- Hiệu suất quang năng (Module efficiency): là khả năng chuyển đổi từ bức xạ mặt trời thành điện năng.

11.1.2 Tính toán số tấm pin cần thiết kế Tính toán số tấm pin cần sử dụng:

- Diện tích dự kiến lắm đặt 1500 m 2

Ta có kích thước tấm pin là: 1.994x1.000 m

- Số tấm pin cần thiết ước tính: n ≤ 1.994∗1.000 1500 ¿ 752 ¿ Chọn 600 tấm pin với 30 dãy song song, mỗi dãy gồm 20 tấm nối tiếp

Tính thông số thực của tấm pin ở điều kiện môi trường:

- Ở điều kiện môi trường: T amb = 35 o C, G00(W/m 2 )

- Nhiệt độ thực của tấm pin:

- Công suất cực đại của tấm pin:

- Dòng điện ngắn mạch của tấm pin:

- Hiệu suất tấm pin: n PV = G S P 35

Hình 11.6: Thông số thực của tấm pin ở điều kiện 35 o C trên PVsyst

Trên phần mềm PVsyst, tại điều kiện nhiệt độ 35°C và bức xạ G = 1000 W/m², công suất thực tế của tấm pin đạt 336.1W với dòng điện ngắn mạch I_SC = 9.73A Kết quả này có sự chênh lệch so với tính toán lý thuyết, vì vậy cần sử dụng số liệu lý thuyết làm cơ sở Phần mềm được sử dụng để mô phỏng và so sánh các kết quả Điện năng phát ra trung bình của một tấm pin trong một ngày tháng 1 là

E pv = n PV x e s x S PV = 14.83% x 4.9 x (1.994 x 1) =1.449 (kWH/day) Trong đó:

- n PV : Hiệu suất tấm pin.

- e s (kWh/m 2 /ngày): Cường độ bức xạ mặt trời trung bình trong tháng 1.

- Tính tương tự với các tháng còn lại trong năm, ta có bảng số liệu dưới đây:

Bảng 11.2: Điện năng 1 tấm pin thu được trong một ngày của các tháng trong năm

Tháng Cường độ bức xạ TB ngày

(kWh/m 2 /ngày) Điện năng 1 tấm pin thu được trong một ngày (kWh/ngày)

Chọn Inverter

Bộ Inverter hòa lưới điện năng lượng mặt trời là thiết bị thông minh, chuyển đổi dòng điện một chiều từ tấm pin năng lượng mặt trời thành điện xoay chiều, đồng bộ với tần số và pha của điện lưới, giúp hòa trực tiếp vào lưới điện để sử dụng hiệu quả.

Chọn Inverter của hãng ABB 100kW

Hình 11.7: Inverter 100kW Thông số inverter:

Hình 11.8: Thông số Inverter Kết quả trên phần mềm PVsyst

Hình 11.9: Kết quả chọn Pin và Inverters trên phần mềm PVsyst

Lựa chọn dây dẫn cho hệ thống PV

Chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng cho phép áp dụng cho các tiêu chuẩn của Hội đồng Kỹ thuật điện Quốc tế (IEC- International Electrotechical Commission).

Trong đó: I cp : dòng cho phép của dây dẫn (A)

I lvmax : dòng làm việc lớn nhất của phụ tải tính toán (A) K: hệ số hiệu chỉnh theo điều kiện lắp đặt

Chọn dây từ Inverter đến tủ phân phối chính:

Công suất của Inverter P inv (kW)= 100(kW) Dòng điện làm việc max ra khỏi inverter 77A Chọn I đmCB = 80(A)

I hc = I K dmCB hc = 0.71 80 = 126.76(A) Với: Hệ số dây đi trên máng cáp: K 1 = 1

Hệ số dây dẫn đi kèm K 2 = 0.82 (3 dây)

Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ tại 0 o C K 3 =0.87 Tra catalogue của hãng CADIVI ta chọn dây CVV 3x35mm 2 có I cp = 128(A) r o = 0.596(mΩ/m), x o = 0.083(mΩ/m), chiều dài dây 50m.

- Kiểm tra điều kiện chọn dây:

- Kiểm tra độ sụt áp: ΔU = √ 3 I (r cosφ + x sinφ)∗L

Tính toán ngắn mạch và chọn thiết bị bảo vệ cho hệ thống PV

- Trở kháng tương đương của Inverter:

- Điện trở kháng tương đương của Inverter:

- Điện trở tương đương của Inverter:

R inv = √ Z inv 2 −X inv 2 = √ 1.06 2 −1.055 2 = 0.13 (Ω) Chọn CB đi ra từ Inverter vào tủ phân phối chính:

- Điện trở dây đi từ Inverter vào tủ PV có chiều dài L= 50m với: r1 = 0.2 (m Ω /m); x1= 0.03 (m Ω /m) r0ph-pe = 2.105 (m Ω /m); x0ph-pe = 0.389 (m Ω /m)

- Dòng ngắn mạch 1 pha nhỏ nhất:

Z 1ph-max = √ ( R inv + r 0 ph−pe ∗L ) 2 +( X ¿ ¿inv+ x 0 ph−pe ∗L) 2 ¿ = 107.41 (mΩ)

U đm-CB = 400V, I cu = 30(kA) Trip Unit C

Chương 12: TÍNH TOÁN CHI PHÍ VÀ THỜI GIAN HOÀN VỐN

Tra trên Internet và catalogue

Tra trên Internet và catalogue của các hãng theo mã thiết bị sinh viêc tham khảo được giá thành sản phẩm.

Tổng hợp các thiết bị và số lượng thiết bị cần thiết trong hệ thống PV Ta thống kê được bảng tổng chi phí lặp đặt hệ thống:

Bảng 12.1 Thống kê chi phí lắp đặt hệ thống PV

Tên thiết bị Mã thiết bị Số lượng Đơn giá (VNĐ)

Chi phí (VNĐ) Tổng chi phí

12.2 Tính toàn thời gian hoàn vốn

Dựa vào kết quả tính toán chương 9 ta được tổng lượng điện năng do hệ thống PV sinh ra trung bình trong một ngày của các tháng trong năm.

Bảng 11.2: Điện năng hệ thống PV sinh ra trung bình trong 1 ngày

Tháng Cường đọ bức xạ TB ngày (kWh/m 2 /ngày) Điện năng 1 tấm pin sinh ra trong một ngày

Tổng điện năng hệ thống PV sinh ra trong một ngày (kWh/ngày)

Tổng lượng điện năng tạo ra từ hệ pin mặt trời trung bình trong ngày là:

EVN bán điện cho khu chung cư theo giá quy định tại mục 7 Phụ lục của Quyết đinh số 4495/QĐ-BCT ngày 1/12/2017 của Bộ Công Thương.

Giá bán buôn điện cho tổ hợp thương mại - dịch vụ - sinh hoạt:

Nhóm đối tượng khách hàng Giá bán điện

(đồng/kWh) Giá bán buôn điện sinh hoạt

Bậc 1: Cho kWh từ 0 - 50 1.518 Bậc 1: Cho kWh từ 51 - 100 1.568 Bậc 1: Cho kWh từ 101 - 200 1.821 Bậc 1: Cho kWh từ 201 - 300 2.293 Bậc 1: Cho kWh từ 301 - 400 2.563 Bậc 1: Cho kWh từ 401 trở lên 2.647

Hình 12.1: Giá bán buôn điện sinh hoạt cho chung cư cao tầng

Dự kiến mức sử dụng điện ở bậc 6: Cho kWh từ 401 trở lên

- Tổng tiền điện tạo ra trong một ngày:

- Tổng tiền điện tạo ra trong một năm:

Tính toán thu hồi vốn:

- Tổng chi phí đầu tư: P= 3.673.288.850 (VNĐ)

- Tổng tiền điện do nguồn PV tạo ra trong một năm: 853.114.865 (VNĐ) Với mức lãi suất khi vay ngân hàng i= 5%/ năm

 n = 5 Vậy sau 5 năm sẽ thu hồi lại được vốn đầu tư ban đầu.

Nếu lãi suất 0% thì thời gian thu hồi vốn là 4.3 năm.

Chỉ sau gần 5 năm, bạn có thể hoàn vốn đầu tư vào hệ thống pin mặt trời, trong khi tuổi thọ của pin có thể lên đến khoảng 20 năm nếu được bảo trì đúng cách và chất lượng pin tốt Điều này mang lại lợi ích kinh tế rõ rệt cho người sử dụng.

MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM PVSYST

Nhập dữ liệu khí tượng cho phần mềm

Hình 13.1: Các dữ liệu khí tượng cần xác định trong phần mềm PVsyst

- Ở mục Geographical sites nhập tìm kiếm vị trí của tòa chung cư An Dân.

Hình 13.2: Xác định tọa độ địa lí tòa nhà trên phần mềm PVsyst

- Chọn meteonorm để thu thập dữ liệu bức xạ mặt trời.

Hình 13.3: Dữ liệu bức xạ mặt trời

Thiết kế mô phỏng

Khi thực hiện mô phỏng cần tính toán lựa chọn hướng và góc nghiêng tấm pin sao cho hiệu quả nhất.

13.2.1 Góc nghiêng của tấm pin:

Giả sử tại Thành phố Hồ Chí Minh Vào ngày 14/11/2019.

Góc nghiêng độ là góc hợp bởi mặt phẳng xích đạo với đường thẳng nối tâm mặt trời và tâm trái đất.

Là một hàm của hình sin tính theo ngày, bắt đầu từ ngày Xuân phân (n) tính cho cả năm 365 ngày.

𝞿 = 23.45 x sin [ 360 365 ∗(n−81 ) ] Ngày 19/3 nên n = 78 Tính từ ngày Xuân phân ( n= 81)

 Mặt trời ở bán cầu nam

Góc cao độ giữa trưa B N :

Góc cao độ giữa trưa là góc giữa tia nắng mặt trời với mặt phẳng trái đất.

Góc nghiêng của tấm pin Tilt: Để tia nắng mặt trời chiếu vuông góc với giàn pin mặt trời thì góc nghiêng bằng:

 Chọn lắp đặt pin theo góc 11.9 o

Góc phương vị là góc giữa hướng Nam và hướng tấm pin mặt trời Hướng Tây được tính theo góc dương, còn hướng Đông theo góc âm Tòa nhà chung cư An Dân nằm hướng Bắc, do đó góc phương vị được chọn là Φ s = 0°.

Nhập số liệu góc nghiêng (Plane Tilt) và góc phương vị (Azimuth) trên PVsyst

Hình 13.4: Góc nghiêng của tấm pin trên phần mềm

13.2.2 Cài đặt thông số tấm pin và inverter:

Hình 13.5: Chọn tấm pin và inverter trên PVsyst

 Phần mềm cho ra kết quả tương tự kết quả thiết kế ở chương 9

 Lắp đặt 600 tấm pin với 20 dãy song song song, mỗi dãy 30 tấm nối tiếp.

Hình 13.6: Kết quả thiết kế hệ thống pin và Inverter trên phần mềm

Vào mục Showsizing để xem đặc tính làm việc của Inverter

Hình 13.7: Đặc tính làm việc của Inverter

Trong hình đặc tính V-A “Array Voltage Sizing”, vùng điện áp và dòng điện tương ứng với điểm công suất cực đại của hệ thống pin quang điện nằm trong giới hạn làm việc cho phép của Inverter Điều này chứng tỏ rằng Inverter được chọn hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu.

Trong hình phân bố công suất đầu ra của Inverter, giá trị công suất danh nghĩa của Inverter không đáp ứng đủ công suất danh nghĩa của hệ thống pin quang điện Điều này là do còn nhiều thông số tổn thất khác làm giảm giá trị công suất đầu vào từ hệ thống pin đến Inverter.

Inverter Nên có thể chọn Inverter công suất nhỏ hơn để tiết kiệm chi phí mà vẫn tối ưu công suất hệ thống.

13.2.3 Thiết lập các hệ số tổn thất trên phần mềm:

- Tổn thất do nhiệt độ (Thermal Parameter):

- Tổn thất dây dẫn (Ohmic Losses):

-Tổn thất do bụi bẩn tấm pin (Soiling Loss):

-Tổn thất do phản xạ ánh sáng (IAM Losses): phản xạ do luật Frenel

Một số tổn thất khác:

- Module quality: Tổn thất do chất lượng của pin quang điện Giá trị này quyết định bởi hiệu suất danh nghĩa trên module của nhà sản xuất cung cấp

Light Induced Degradation (LID) refers to the loss of efficiency that occurs in solar panels during the initial hours of sunlight exposure This phenomenon results in a decrease in performance, impacting the overall energy output of photovoltaic systems Understanding LID is crucial for optimizing solar energy production and ensuring the longevity of solar panels.

Tổn thất không phù hợp Module (Module Mismatch Losses) xảy ra khi các tấm pin mặt trời không hoàn toàn giống nhau, dẫn đến sự khác biệt về điện áp và công suất Điều này gây ra hiệu suất hoạt động không đồng nhất giữa các module, ảnh hưởng đến hiệu quả tổng thể của hệ thống năng lượng mặt trời.

- Module voltage mismatch:Tổn thất không phù hợp điện áp tại các MPP của Inverter

Do các MPP kết nối với các tấm pin đặc nhiều vị trí khác nhau nên điện áp vào mỗi MPP của Inverter có sự chênh lệch.

13.2.4 Dựng mô hình 3D để xác định hệ số tổn hao bóng che:

Hình 13.8: Hình mô phỏng 3D lắp đặt pin trên PVsyst

Bảng 13.9: Bảng kết quả bóng che của hệ thống PV

Hình 13.10: Đồ thị bóng che của hệ thống PV

Thiết lập kết nối tấm pin cho các ngõ vào MPPT của Inverter

Bước thiết kế cuối cùng là kết nối các tấm pin với nhau tạo thành 15 dãy pin song song để đưa vào MPPT của Inverter

Để tối ưu hóa dòng điện DC vào mỗi MPPT của Inverter, cần thiết kế hệ thống pin phù hợp với độ che bóng tại từng diện tích lắp đặt.

Phần mềm PVsyst cung cấp tính năng kết nối pin tự động (Auto Attribution) dựa trên hướng bắt đầu và số hàng của chuỗi pin nối tiếp Trong bài viết này, sinh viên đã chọn phương án thiết kế thủ công, được minh họa trong hình bên dưới.

Kết quả thiết kế ngõ vào

Hình 13.11: Cách kết nối các tấm pin để đưa vào MPPT Inverter

Hình 13.12: Mô hình 3D của phân bố tấm pin

Kết quả mô phỏng

Hình 13.13: Kết quả chạy mô phỏng trên PVsyst Nhận xét:

Biểu đồ năng lượng bức xạ hàng năm bao gồm 365 điểm, mỗi điểm thể hiện sự liên kết giữa lượng điện mà hệ thống PV sản xuất trong một ngày và cường độ bức xạ trên bề mặt tấm pin trong ngày đó.

Đồ thị Input/Output cho thấy hệ thống PV nối lưới hoạt động hiệu quả với đường cong gần như thẳng, cho thấy ảnh hưởng của nhiệt độ là không đáng kể Ở cường độ bức xạ cao, không có điểm nào vượt quá đường đặc tuyến, do đó không xảy ra tình trạng quá tải Để xem kết quả chi tiết, người dùng có thể chọn mục Report hoặc các mục Predef.graphs và Hourlygraphs để theo dõi một số đồ thị.

Một số kết quả thu được

Hình 13.14: Bảng tổng hợp kết quả hệ thống PV tòa nhà

- GlobHor: Bức xạ mặt trời theo phương ngang Đây là dữ liệu khí tượng đầu vào

- DiffHor: Khuyến tán bức xạ theo phương ngang

- T_Amb: Nhiệt độ trung bình trong các tháng

- GlobInc: Bức xạ mặt trời tại mặt phẳng tấm pin mà không có bất kỳ giá trị tổn hao nào

GlobEff: Bức xạ mặt trời tại mặt phẳng tấm pin bị ảnh hưởng bởi các yếu tố tổn thất quang học, bao gồm khoảng cách đến bóng râm, phản xạ bề mặt và bụi bẩn.

- EArray: Năng lượng được tạo ra bởi hệ thống tấm pin mặt trời(đầu vào của Inverter).

- E_Grid: Năng lượng được hòa vào lưới điện, sau khi qua Inverter và tổn thất dây dẫn

- PR: Hiệu suất của hệ thống qua các tháng.

Hình 13.15: Biều đồ lượng điện sinh ra trong 1 ngày (kWh/kWp/day)

Hình 13.16: Hiệu suất của hệ thống PV tòa nhà

Hình 13.17: Tổn hao công suất trong 1 năm

Năng lượng bức xạ theo dữ liệu khí tượng trung bình trong năm là: 1792kWh/m 2

Hệ số suy giảm bức xạ:

- Near Shadings: irradianceloss: Hệ số suy giảm hiệu suất do bóng che

- IAMfactor on global: Hệ số suy giảm hiệu suất do phản xạ trên bề mặt pin quang điện

Hệ số suy giảm hiệu suất do bụi bẩn trên tấm pin quang điện, gọi là soiling loss factor, ảnh hưởng đến năng lượng bức xạ hiệu quả trung bình trong năm đạt 1700 kWh/m² Với hiệu suất chuyển đổi điện của tấm pin quang điện ở điều kiện chuẩn là 17,55%, tổng năng lượng hệ thống PV sinh ra trong điều kiện này là 178,5 MWh Hệ số suy giảm năng lượng cần được tính toán để đánh giá hiệu quả hoạt động của hệ thống năng lượng mặt trời.

- Module Degradation Loss: Suy giảm hiệu suất hoạt động của hệ thống qua các năm

- PV loss due to irradiance level: Suy giảm hiệu suất do cường độ bức xạ khác nhau

- PV loss due to temperature: Suy giảm hiệu suất do nhiệt độ.

- Modulequalityloss: Suy giảm hiệu suất do chất lượng của tấm pin

Light Induced Degradation (LID) refers to the loss of efficiency that occurs in solar panels during the initial hours of sunlight exposure This phenomenon results in a decrease in performance as the panels first receive solar energy Understanding LID is crucial for optimizing solar panel efficiency and longevity.

Tổn thất không phù hợp Module (Module Mismatch Losses) là hiện tượng xảy ra khi các tấm pin mặt trời không hoàn toàn giống nhau, dẫn đến sự chênh lệch về điện áp và công suất Điều này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể của hệ thống năng lượng mặt trời, vì sự khác biệt này gây ra tổn thất trong việc chuyển đổi năng lượng Việc hiểu rõ về tổn thất không phù hợp Module là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu quả sử dụng năng lượng và nâng cao hiệu suất của các tấm pin.

- Ohmic wiring loss: Suy giảm hiệu suất do điện trở của dây dẫn

- Inverter loss during operation: Suy giảm hiệu suất quá trình chuyển đổi DC-AC của Inverter

- AC ohmic loss: Suy giảm hiệu suất do dây dẫn từ Inverter đến điểm nối lưới

- External transform loss: Suy giảm hiệu suất do máy biến áp đặt ngoài tòa nhà Tổng năng lượng hệ thống PV sinh ra ở điều kiện thực tế:157.7MWh

Hiệu suất của hệ thống điện mặt trời tại tòa nhà hiện chỉ đạt mức trung bình Tổn thất nhiệt độ từ các tấm pin quang điện là một yếu tố đáng kể, ảnh hưởng tiêu cực đến sản lượng điện mà hệ thống có thể tạo ra.

Để giảm thiểu các hệ số tổn thất, cần thực hiện các biện pháp như nâng cao chất lượng thiết bị hệ thống, vệ sinh định kỳ tấm pin quang điện và xây dựng hệ thống điều hướng tấm pin theo hướng nắng nhằm tối ưu hóa lượng điện sản xuất.

S tt_bus1 = √ Ptt bus 1 2 +Qtt bus 1 2 = √ 735.7 2 +486.85 2 = 882 (kVA)

S tt_bus2 = √ Ptt bus 2+Qtt bus 2 = √ 665.14 2 + 440.1 2 = 739.56 (kVA)

S tt_bus1 = √ Ptt bus 1 2 +Qtt bus 1 2 = √ 841.5 2 +557.8 2 = 1009.6 (kVA)

S tt_bus2 = √ Ptt bus 2+Qtt bus 2 = √ 841.5 2 +557.8 2 = 739.56 (kVA)

3.2.2 Khối công cộng (Block C và D):

Khối công cộng bao gồm nhiều loại tải quan trọng như chiếu sáng, ổ cắm điện tại các khu vực như bãi đậu xe, hành lang căn hộ và tầng 1 thương mại dịch vụ Ngoài ra, còn có các tải bơm cấp nước, bơm thoát nước, bơm chữa cháy và bơm tăng áp Các hệ thống thông gió cũng được tính đến, bao gồm quạt thông gió và quạt tạo áp hút khói Cuối cùng, tải của thang máy công cộng và thang máy chữa cháy cũng là những yếu tố không thể thiếu trong khối công cộng.

Do khối lượng phụ tải lớn, chúng ta chỉ thực hiện tính toán cho block C, trong khi block D sẽ được tính toán tương tự Nhóm tải công cộng của hai block C và D được kết nối chung vào một Tủ MSB_3.

3.2.2.1 Phụ tải tủ điện tầng hầm:

Tính toán phụ tải chiếu sáng và ổ cắm tầng hầm (Block D tương tự block C)

Tầng hầm chia thành 17 line đèn, 2 line ổ cắm, tính toán tương tự như tải căn hộ ta có:

P tt =K s *(P tt_pha_max +P dp )*3 21.5

Q tt =K s *(Q tt_pha_max +Q dp )*3 14.64

Bảng 3.15: Phụ tải chiếu sáng + ổ cắm tầng hầm block C

Công suất tính toán của tủ điện tầng hầm block C (DB-C.H.CS) là:

P tt = 3 × P tt_pha_max × K s = 3×8.956×0.8 = 21.5 (kW)

Q tt =3 × Q tt_pha_max × K s = 3×6.1×0.8 = 14.64 (kVar)

S tt = √ Ptt 2 +Qtt 2 = √ 21.5 2 +14.64 2 = 26 (kVA) Cosφ tb = Ptt Stt = 21.5 26 = 0.827

Phụ tải bơm cấp nước, bơm thoát nước tầng hầm:

Phụ tải tủ điện bơm cấp nước block C(Block D tương tự)

Gồm 2 bơm chạy luân phiên, mỗi bơm có công suất 18kW, khởi động kiểu sao-tam giác.

Tên tải P dm (kW) K s K u Cos φ Ptt(kW) Qtt(kVar) Stt(kVA)

Bảng 3.16: Phụ tải bơm cấp nước block C

Công suất định mức bơm cấp nước 1, 2:

P đm1 = P đm2 = 18 (kW) Công suất tính toán bơm:

Dự phòng 20% => Kdp = 1.2 ; hệ số đồng thời tủ Ks = 0.5 Công suất tính toán tủ điện:

S tt_tủ = √ Ptt tu 2 +Qtt tu 2 = √ 17.28 2 +12.96 2 = 21.6 (kVA)

Phụ tải tủ điện bơm thoát nước block C 01: (Block D tương tự)

Gồm 2 bơm chạy, mỗi bơm có công suất 4kW, khởi động trực tiếp

Bảng 3.17: Phụ tải bơm thoát nước block C 01

Công suất định mức bơm cấp nước 1, 2: P đm1 = P đm2 = 4 (kW) Công suất tính toán bơm:

Dự phòng 20% => K dp = 1.2 ; hệ số đồng thời tủ K s = 1 Công suất tính toán tủ điện:

S tt_tủ = √ Ptt tu 2 +Qtt tu 2 = √ 6.144 2 + 4.608 2 = 7.68 (kVA)

Phụ tải tủ điện bơm thoát nước block C: (Block D tương tự)

Gồm 2 bơm chạy, mỗi bơm có công suất 4kW, khởi động trực tiếp Đồng thời cấp nguồn cho tủ DB- C.H.W.W.01

Bảng 3.18: Phụ tải bơm thoát nước block C

Công suất tính toán cho tủ thoát nước block C:

S tt = K s x K dp x (S tt_bơm1 + S tt_bơm2 + S tt ) = 0.8 x 1.2 x (4 + 4 + 8) = 15.36 (kVA)

Phụ tải tính toán cho bơm chữa cháy: (Block D tương tự)

Hệ thống bao gồm ba máy bơm: một bơm chính, một bơm dự phòng và một bơm nước bù Cả bơm chính và bơm dự phòng đều có công suất 250kW và sử dụng phương pháp khởi động Soft Start Trong khi đó, bơm nước bù có công suất 7.5kW và khởi động theo kiểu sao/tam giác.

Tên tải P dm K s K u Cos φ P tt Q tt S tt

Bảng 3.19: Phụ tải bơm chữa cháy block C&D

Dự phòng 20% => K dp = 1.2 ; hệ số đồng thời tủ K s = 0.5 Tổng công suất tính toán cho tủ điện:

P tt = K s_tủ x K dp x ∑(P dm_i x K u_i x K s_i ) = 0.5 x 1.2 x (250 x 0.8 x 1 + 250 x 0.8 x 1 + 7.5 x 0.8 x 1) = 243.6 (kW)

Q tt = K s_tủ x K dp x ∑(P tt_i x tanφ) = 0.5 x 1.2 x (200 x 0.75 + 200 x 0.75 + 6 x 0.75) = 182.7 (kVar) Công suất tính toán cho tủ điện:

Phụ tải tính toán bơm chữa cháy tầng hầm:(Tương tự block A và B)

Bảng 3.20: Phụ tải bơm chữa cháy tầng hầm

Gồm 3 máy bơm: 1 bơm chính, 1 bơm dự phòng 37 kW khởi động sao/tam giác , 1 bơm nước bù 3kW khởi động trực tiếp

Dự phòng 20% => K dp = 1.2 ; hệ số đồng thời tủ K s = 0.5 Tổng công suất tính toán cho tủ điện

P tt = K s_tủ x K dp x ∑(P dm_i x K u_i x K s_i ) = 0.5 x 1.2 x (37 x 0.8 x 1 + 37 x 0.8 x 1 + 3 x 0.8 x 1) = 36.96 (kW) Qtt = K s_tủ x K dp x ∑(P tt_i x tanφ)

Công suất tính toán cho tủ điện:

Tính toán công suất cho tủ điện quạt tầng hầm:

Bảng 3.21: Phụ tải quạt thông gió tầng hầm block C

Hệ số đồng thời tủ K s = 0.7 Tổng công suất tính toán cho tủ điện

P tt = K s_tủ x K dp x ∑(P dm_i x K u_i x K s_i ) = 21.5 (kW)

Q tt = K s_tủ x K dp x ∑(P tt_i x tanφ) = 16.128 (kVar) Công suất tính toán cho tủ điện:

3.2.2.2Phụ tải tính toán tủ điện tầng 1 ( Các tải chiếu sáng công cộng hành lang tầng 2-16, chiếu sáng ngoài)

Công suất tính toán tổng 24.5 17 23.6 15.97 23.45 15.898

Qtt=Ks*Qtt_pha_max*3 40.8

Bảng 3.22: Phụ tải tính toán tầng 1 block C

Q tt =3×Q tt_pha_max × K s = 3×17×0.8 = 40.8 (kVar)

Mỗi tủ chiếu sáng hành lang công cộng cung cấp nguồn điện cho 3 tầng, với tổng cộng 16 tầng được chia thành 5 tủ chiếu sáng cho các tầng, và 1 tủ riêng cho tầng 17 Cách tính nguồn điện bắt đầu từ tầng 2 đến tầng 4, và các tầng tiếp theo cũng được áp dụng phương pháp tương tự.

Qtt (kVar) Ổ cắm 1 pha S1 1.5 1.125 Ổ cắm 1 pha S2 1.5 1.125

Công suất tính toán tổng 5.79 3.6

Ptt=Ks*Ptt_pha_max 4.632

Qtt=Ks*Qtt_pha_max 2.88

Bảng 3.23: Phụ tải tính toán chiếu sáng hành lang từ tầng 2 đến tầng 4

Tầng Tên tủ chiếu sáng hành lang Pha A Pha B Pha C

Q tt =Ks*Q tt_pha_max *3 13.824

Bảng 3.24: Phụ tải tính toán chiếu sáng hành lang công cộng block C

Q tt = 3×Q tt_pha_max ×K s = 3×5.74×0.8 = 13.824 (kVar) Stt = √ Ptt 2 +Qtt 2 = √ 22.234 2 +13.824 2 = 26.18 (kVA) Cosφtb = Ptt Stt = 22.234 26.18 = 0.85

Phụ tải tính toán cho tủ điện chiếu sáng ngoài (chiếu sáng cảnh quan)

Để đảm bảo độ rọi cần thiết và tính thẩm mỹ cho chiếu sáng ngoài trời, chúng ta sử dụng nhiều loại đèn với công suất khác nhau, bao gồm: đèn pha 250W gốc cây, đèn cao áp 400W cho sân thể thao, đèn chiếu lối đi 50W, đèn đĩa bóng COMPACT 32W đặt nổi và đèn lon bóng.

COMPACT 18W đặt nổi, đèn trụ bóng COMPACT 5x50W đặt nổi, đèn cao áp gắn tường 250W, đèn cao áp 250W gắn trụ cao H=8m, và đèn cao áp đôi 2x250W gắn trụ cao H=8m

Chiếu sáng cảnh quan được chia thành 17 line đèn Các đèn có cosφ = 0.8

Chiếu sáng ngoài L12 1 0.75 Chiếu sáng ngoài L13 0.19 0.143

Ptt=Ks*Qtt_pha_max*3 19.625

Bảng 3.25: Phụ tải tính toán chiếu sáng cảnh quan 3.2.2.4 Phụ tải tầng 17:

*Phụ tải tăng áp Block C (Tương tự với block D)

Chia làm 2 tủ, với công suất giống nhau Trong mỗi tủ, sẽ cấp nguồn cho 2 bơm chạy song song với công suất mỗi bơm 2,5kW, khởi động mềm

Bảng 3.26: Phụ tải tính toán tủ điện bơm tăng áp block C 01

S tt_tủ = √ Ptt 2 +Qtt 2 = √ 3.84 2 +2.88 2 = 4.8 (kVA)

Phụ tải thang máy công cộng

Ta bố trí 2 tủ điện cấp nguồn thang máy công cộng Tủ 1 gồm 1 động cơ 18kW, tủ 2 gồm 2 động cơ 18kW, khởi động mềm.

Thang máy dịch vụ khối C

Hệ số đồng thời Ks 1

Bảng 3.27: Phụ tải tính toán tủ điện 01 cho thang máy khu C

S tt_tủ = √ Ptt 2 +Qtt 2 = √ 17.28 2 +12.96 2 = 21.6 (kVA)

(kVA) Thang máy dịch vụ khối C 02

Thang máy dịch vụ khối C 03

Bảng 3.28: Phụ tải thang máy chữa cháy block C 01

S tt_tủ = √ Ptt 2 +Qtt 2 = √ 27.65 2 +20.74 2 = 34.56 (kVA)

3.2.2.5 Phụ tải tính toán tủ điện tổng khối công cộng block C&D

Tủ điện tầng 1 khu C (chiếu sáng ngoài) 26.16 19.625 32.7 49.68 0.8

Tủ điện tầng hầm khu C đậu xe 21.5 14.64 26 39.5 0.827

Tủ điện tầng hầm khu C cấp nước 17.28 12.96 21.6 32.82 0.8

Tủ điện tầng hầm khu C thoát nước 12.288 9.216 15.36 23.34 0.8

Tủ điện tầng 1 khu C (TMDV) 58.8 40.8 71.57 108.74 0.82

Tủ điện thông gió tầng hầm khu C 21.5 16.128 26.88 40.84 0.8

Tủ điện tầng 1 khu D (chiếu sáng ngoài) 26.16 19.625 32.7 49.68 0.8

Tủ điện tầng hầm khu D đậu xe 21.5 14.64 26 39.5 0.827

Tủ điện tầng hầm khu D cấp nước 17.28 12.96 21.6 32.82 0.8

Tủ điện tầng hầm khu D thoát nước 12.288 9.216 15.36 23.34 0.8

Tủ điện tầng 1 khu D (TMDV) 58.8 40.8 71.57 108.74 0.82

Phòng điều khiển chữa cháy tầng hầm 26.67 16.528 31.376 47.67 0.85

Hệ số đồng thời tại tủ MSB: Ks 0.8

Công suất tính toán Tủ MSB_3 960 700 1188 1805 0.808

Bảng 3.29: Phụ tải tổng khối công cộng block C&D

Tổng công suất tính toán cho tủ điện MSB_3 khối công cộng block C&D

2 +Qtt MSB 2 = √ 683.4856 2 +506.1416 2 = 849.2608 (kVA) Cosφ tb = Ptt Stt = 683.4856 849.2608 = 0.82

3.3 Tính toán phụ tải bằng phần mềm Simaris 9.1

Phần mềm SIMARIS 9.1, phát triển bởi Tập đoàn SIEMENS, hỗ trợ thiết kế hệ thống điện và mạng điện đơn tuyến cho cả công nghiệp và dân dụng SIMARIS được sử dụng để thiết kế mạng điện hạ thế với điện áp từ 220V đến 1000V, mang lại hiệu quả cao trong việc tối ưu hóa hệ thống điện.

• Tần số từ 50Hz - 60Hz

• Các hệ thống nối đất: TN-C, TN-S, IT, TT

• Tính toán và lựa chọn thiết bị dựa theo tiêu chuẩn IEC 60364

Các bước tính toán của SIMARIS bao gồm:

• Xây dựng thông số đầu vào, sơ đồ đơn tuyến

• Nhập thông số tính toán, phương thức đi dây,nhiệt độ môi trường,

• Chọn tiết diện dây dẫn, tính toán độ sụt áp

• Chọn CB và cầu chì

• Kiểm tra sự bảo vệ chọn lọc giữa các thiết bị bảo vệ

• Tính toán kiểm tra bảo vệ an toàn cho người

• Xuất file (WORD, EXCEL) kết quả tính toán ra, sơ đồ đơn tuyến ( PDF, DXF, DWG )

Các bước tiến hành thiết kế điện:

Trước khi vào thiết kế, ta sẽ thiết lập những đặc tính chung cho mạch:

• Nhập tên dự án ( Project name ), mô tả dự án (Project description )

• Người thiết kế ( Planner ), ( Design Office),

• Cài đặt tổng quát : Standard IEC, Country VietNam, Language English Cài đặt thông số kỹ thuật:

• Công suất ngắn mạch lớn nhất: 500 MVA

• Công suất ngắn mạch nhỏ nhất: 10 MVA

• Tiết diện dây cáp lớn nhất: 300 mm 2

• Tiết diện dây cáp nhỏ nhất: 25 mm 2

• Phần trăm sụt áp của mạng: 5%

• Tiết diện dây cáp lớn nhất: 800 mm2

• Tiết diện dây cáp nhỏ nhất: 1.5 mm2 Sau đó tiến hành vẽ sơ đồ đơn tuyến:

- Sources: Transformer with medium voltage; Transformer; Gerenator; Network; Main Distribution Board;…

- Distribition board: Sub - distribution board; Sub - distribution (group switch); Busbar trunking systerm; Busbar trunking systerm with center infeed; Distribution at the end of busbar trunking systerm;

- Final circuit: Stationary load; Power outlet circuit; Motor; Frequency inverter;

Đơn vị sạc; tụ điện; tải giả; bảo vệ quá áp Nhập các thông số cho phụ tải Load và sau đó kết nối chúng thành một sơ đồ đơn tuyến hoàn chỉnh.