Thiết kế cung cấp điện cho khách sạn long hải

Chính vì những kiến thức chuyên ngành được học kết hợp với việc nhu cầu về mảng thiết kế điện trong công trình lớn và đem lại lợi nhuận cao là lý do mà nhóm em lựa chọn một đề tài liên q

PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN CHO KHÁCH SẠN

Đặt vấn đề

Trong bước đầu thiết kế, việc xác định phương án cung cấp điện cho công trình là rất quan trọng để vẽ sơ đồ nguyên lý cho hệ thống điện Dựa vào nguyên lý cung cấp điện, chúng ta sẽ tính toán nhu cầu phụ tải và bố trí dây dẫn, thiết bị lên sơ đồ nguyên lý nhằm kiểm tra tính thống nhất của toàn bộ hệ thống, từ đó phát hiện và sửa chữa các sai sót trong thiết kế Phương án cung cấp điện sẽ được xem xét từ nguồn cung cấp đến phụ tải tiêu thụ, với mục tiêu lựa chọn nguồn cấp điện và phương án truyền tải điện tới phụ tải chính.

Hệ thống nguồn cấp điện cho khách sạn

Khách sạn được cấp nguồn từ :

- Lưới điện 3 pha 22kV 50Hz của địa phương trong điều kiện bình thường

- Nguồn điện dự phòng từ máy phát điện trong trường hợp sự cố mất nguồn từ lưới điện

2.2.1 Cấp nguồn từ lưới điện

Toàn bộ phụ tải của công trình sẽ được cung cấp nguồn điện từ lưới điện địa phương, qua tủ trung thế, và sau đó sẽ được truyền đến máy biến áp của khách

2.2.2 Cấp nguồn từ nguồn điện dự phòng

Khách sạn được thiết kế với yêu cầu cao về điện năng, do đó, sự cố mất điện sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến kinh tế Vì vậy, dự án này được phân loại vào hộ loại 2 và cần có nguồn dự phòng để đảm bảo hoạt động liên tục trong trường hợp xảy ra sự cố với nguồn điện chính.

Bộ chuyển đổi nguồn tự động (ATS) đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển quá trình chuyển đổi nguồn điện giữa máy biến áp và máy phát điện Thiết bị này hoạt động hiệu quả khi xảy ra sự cố mất điện, đảm bảo quá trình phục hồi nguồn điện chính diễn ra nhanh chóng và an toàn sau khi khắc phục sự cố.

Phân phối điện trong công trình

Nguồn cấp điện chính cho hệ thống đến từ trạm hạ thế 22/0.4kV ngoài trời, do cơ quan Điện lực địa phương thiết kế và thi công Tủ điện tổng EMSB nhận nguồn từ trạm hạ thế để cung cấp cho các tủ phân phối ở các tầng và các tủ điều khiển động cơ Hệ thống cáp truyền tải được lắp đặt trên thang và máng cáp, trong khi một số phụ tải an toàn sẽ sử dụng cáp chống cháy Các phụ tải công trình như đèn chiếu sáng, ổ cắm, máy lạnh, bơm và hệ thống điện nhẹ được cấp nguồn từ các tủ chức năng.

Chi tiết thiết kế nguyên lý cung cấp điện được thể hiện trong bản vẽ nguyên lý cấp điện trong tập bản vẽ

THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG CHO KHÁCH SẠN

Đặt vấn đề

Ánh sáng đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của con người, và với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, ánh sáng hiện nay được cung cấp liên tục từ sáng đến tối, kể cả những khu vực không có ánh nắng mặt trời nhờ vào hệ thống đèn điện Việc thiết kế chiếu sáng cho các công trình là một phần thiết yếu trong quy trình thiết kế hệ thống điện, và cần tuân thủ các quy định, tiêu chuẩn của nhà nước cũng như tiêu chuẩn quốc tế dựa trên tính chất của từng công trình.

Phương pháp tính toán

3.2.1 Sử dụng phương pháp quang thông

Bước đầu tiên là thu thập thông tin ban đầu về đối tượng thiết kế như:

- Kích thước công trình, vật liệu trần, tường, sàn, vị trí cửa sổ, hướng công trình,…

- Yêu cầu thiết kế của chủ đầu tư

Dựa vào các thông tin ở trên để bắt đầu tính toán theo các bước:

- Xác định độ rọi yêu cầu của đối tượng Eyc theo tiêu chuẩn [1]

- Xác định kích thước phòng: chiều dài D1 (m), chiều rộng D2 (m), chiều cao H (m)

- Xác định hệ số phản xạ trần, tường, sàn của đối tượng thiết kế dựa vào bảng 3.1 trích dẫn từ bảng 10.5 Giáo trình [2]

Bảng 3.1 Hệ số phản xạ trần tường sàn

Các hệ số phản xạ Thương nghiệp

- Xác định chiều cao mặt phẳng làm việc: Hlv (m)

Khi chọn loại đèn, cần xem xét các thông số quan trọng như kích thước, công suất, quang thông (lm), nhiệt độ màu, loại chóa đèn và độ cao treo đèn so với trần (Ht).

- Xác định chiều cao treo bộ đèn Htt (m):

- Xác định chỉ số phòng RI:

Các thông số như chỉ số phản xạ (RI), hệ số phản xạ của trần, tường, sàn, và loại chóa đèn được sử dụng để xác định hệ số sử dụng (CU) và hiệu suất bộ đèn (𝜂) theo bảng 10.4 trong Giáo trình Cung cấp điện.

Để xác định hệ số mất mát ánh sáng (LLF), cần dựa vào thông tin về loại đèn, chế độ hoạt động, tính chất môi trường và chế độ bảo trì của đèn, theo bảng 3.2 trích dẫn từ bảng 10.7 trong giáo trình [2].

- Xác định số lượng bộ đèn:

𝐹 0 (3.4) trong đó FT là tổng lượng quang thông tính toán (lm), Nđ là số lượng bộ đèn

- Bố trí đèn lên mặt bằng bằng cách hiệu chỉnh số đèn tính toán sao cho hợp lý

Bảng 3.2 Hệ số mất mát ánh sáng

CHẾ ĐỘ BẢO TRÌ 6th 12th 18th 24th 36th

Rất sạch 0.76 0.74 0.73 0.71 0.7 Sạch 0.74 0.7 0.68 0.66 0.64 Trung bình 0.7 0.66 0.63 0.61 0.57 Bẩn 0.67 0.62 0.58 0.56 0.51 Rất bẩn 0.64 0.58 0.54 0.5 0.45

3.2.2 Thiết kế trên phần mềm DIALux EVO Đây là một trong những công cụ tính toán chiếu sáng khá toàn diện hiện nay Phần mềm đưa ra nhiều lựa chọn tính toán từ tính toán nhanh, tính toán cụ thể với các thông số đầu vào như phương pháp quang thông ở trên cho đến tính toán chiếu sáng với ảnh hưởng của môi trường bên ngoài Với một thư viện tương đối đầy đủ vật dụng nội thất, việc thiết kế chiếu sáng sẽ trực quan hơn Ngoài ra phần mềm còn có một thư viện đèn của các hãng đèn đính kèm với khả năng mở rộng, cập nhật bằng cách thêm các tệp dữ liệu từ bên ngoài Ở đồ án này chỉ sử dụng phần mềm để kiểm tra lại tính chính xác của phương pháp quang thông so với mô phỏng thực với hai đối tượng điển hình là phòng nghỉ khách sạn và phòng làm việc của nhân viên

Tính toán chiếu sáng cho khách sạn

3.3.1 Tính toán chiếu sáng bằng phương pháp quang thông Ở đây công trình sử dụng đèn LED downlight âm trần thiết kế chiếu sáng cho hầu hết các đối tượng trong khách sạn Những vị trí như bãi đỗ xe, các phòng kỹ thuật sẽ được thiết kế bằng đèn LED tube với hiệu suất chiếu sáng cao Một số đối tượng có kích thước nhỏ không đáng kể như phòng kỹ thuật cạnh thang máy hay các vị trí hành lang sẽ được bố trí đèn phù hợp với kích thước mà không sử dụng phương pháp quang thông Ngoài ra, một số khu vực công cộng như nhà để xe, hành lang, cầu thang sẽ sử dụng cảm biến chuyển động để điều khiển một phần số lượng đèn nhằm tiết kiệm điện năng Kết quả tính toán tầng 1 được thể hiện ở bảng 3.3 Chi tiết tính toán chiếu sáng công trình xem trong phụ lục 2.1

Bảng 3.3 Tính toán chiếu sáng cho tầng 1 công trình

Htt (m) RI CU Loại đèn Công suất

Phòng quản lý 500 3.6 2.5 2.4 0.61 0.50 DL (DL2) 12 0.8225 6500K 1170 9.4 8

Khu bếp chính có diện tích 500m² với độ sáng 6500K, sử dụng bóng tube (LR2) và công suất 28.9W, cho ánh sáng 16.2 lux Sảnh rộng 100m², sử dụng DL (DL6) với độ sáng 4000K, công suất 12W, đạt 18.2 lux Quầy bar 100m² sử dụng DL (DL5) với ánh sáng 3000K, công suất 12W, cho độ sáng 2.5 lux Kho quầy bar 200m² sử dụng bóng tube (F1) với độ sáng 6500K, công suất 21.1W, đạt 2.0 lux Cả WC nam và nữ đều có diện tích 200m², sử dụng DL (DL12) với độ sáng 4000K, công suất 6.6W, cho độ sáng 7.7 lux.

3.3.3 So sánh kết quả thiết kế chiếu sáng cho phòng nghỉ khách sạn và phòng phòng làm việc của nhân viên khách sạn bằng phần mềm DIALux EVO

Hình 3.1 Mô phỏng chiếu sáng phòng nghỉ khách sạn bằng DIALux EVO

15 Hình 3.2 Mô phỏng chiếu sáng phòng nghỉ khách sạn bằng DIALux EVO

16 Hình 3.3 Mô phỏng chiếu sáng phòng làm việc khách sạn bằng DIALux EVO

Hình 3.4 Mô phỏng chiếu sáng phòng làm việc khách sạn bằng DIALux EVO

Kết quả mô phỏng cho thấy phương pháp quang thông và phần mềm mô phỏng đều đạt được độ rọi yêu cầu tại các mặt phẳng làm việc của thiết kế Mặc dù độ rọi không đồng đều, nhưng vẫn đảm bảo trên mức yêu cầu cho các khu vực làm việc và sinh hoạt của con người.

XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CHO KHÁCH SẠN

Đặt vấn đề

Xác định phụ tải tính toán cho công trình là bước thiết yếu, vì nó cung cấp cơ sở để lựa chọn nguồn cấp điện, hệ thống dây dẫn truyền tải và thiết bị đóng cắt bảo vệ.

Phương pháp xác định nhu cầu phụ tải của công trình

Đồ án áp dụng phương pháp hệ số sử dụng và hệ số đồng thời để tính toán nhu cầu phụ tải cho công trình Phương pháp này thường được sử dụng khi thiết kế đã có sơ đồ nguyên lý hệ thống điện và đặc tính các thiết bị Công suất tính toán của công trình được xác định dựa trên các yếu tố này.

- Stt là công suất biểu kiến tính toán (VA)

- Ptt là công suất tác dụng tính toán (W)

- Qtt là công suất phản kháng tính toán (Var)

Hệ số đồng thời Ks của tủ phân phối và mạch chức năng được tham khảo trong bảng 4.1 và bảng 4.2, theo hướng dẫn lắp đặt điện theo tiêu chuẩn [3].

- Ku là hệ số sử dụng của thiết bị tham khảo trong bảng 4.3 trích dẫn lần lượt từ bảng B16 và B17 từ hướng dẫn lắp đặt điện theo tiêu chuẩn [3]

- n là số lượng thiết bị, mạch thiết bị

- i là thiết bị, mạch thiết bị thứ i

Bảng 4.1 Hệ số đồng thời cho tủ phân phối

Số mạch Hệ số đồng thời ks

Tủ được kiểm nghiệm toàn bộ

Tủ được kiểm nghiệm từng phần trong mỗi trường hợp 1

Ghi chú: Nếu mạch chủ yếu là chiếu sáng thì có thể coi ks gần bằng 1

Bảng 4.2 Hệ số đồng thời theo chức năng của mạch

Bảng 4.3 Hệ số sử dụng của thiết bị

Quạt 1 Đèn huỳnh quang 1 Ổ cắm ngoài 1

Tính toán phụ tải của công trình

Kết quả tính toán phụ tải cho tủ điện tầng hầm của công trình được trình bày trong bảng 4.4, với chi tiết tính toán có thể tham khảo trong phần phụ lục 2.2.

Chức năng mạch Hệ số đồng thời ks

Các ổ cắm 0.1 - 0.2 Động cơ và thang máy

Motor có công suất lớn thứ nhất 1 Motor có công suất lớn thứ hai 0.75

Bảng 4.4 Bảng tính toán phụ tải của tầng hầm công trình

Chức năng mạch Tên thiết bị Công suất

Số lượng cosφ Ku Ks Công suất

(VA) Ks Công suất tổng (kVA)

L9 Chiếu sáng LED ốp trần 10 2 0.9 1 1 22

L10 Chiếu sáng LED ốp trần 10 2 0.9 1 1 22

DB-BAR-1F Tủ DB-BAR-1F 4980

Kết quả tính toán cho thấy công suất tính toán của đồ án thấp hơn so với công suất của thiết kế mẫu công trình Nguyên nhân là do việc áp dụng hệ số đồng thời phù hợp với tiêu chuẩn và số mạch của tủ điện, cùng với việc sử dụng đèn LED có hiệu suất sáng cao, giúp giảm lượng điện năng tiêu thụ.

LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ MÁY PHÁT ĐIỆN DỰ PHÒNG

Đặt vấn đề

Lựa chọn hệ thống nguồn cấp phù hợp cho công trình không chỉ giúp tiết kiệm chi phí lắp đặt, vận hành và sửa chữa mà còn đảm bảo cung cấp đủ điện cho nhu cầu phụ tải hiện tại và phát triển trong tương lai Hệ thống này cũng cần đảm bảo độ tin cậy trong việc cung cấp điện, đặc biệt trong các tình huống xảy ra sự cố mất nguồn điện chính.

Lựa chọn máy biến áp

Số lượng máy biến áp có thể chọn từ 1 máy cho các hộ loại 2 và loại 3 nhờ vào chi phí thấp và vận hành đơn giản, trong khi các hộ loại 1 nên sử dụng từ 2 máy trở lên để đảm bảo độ tin cậy trong cung cấp điện Dung lượng máy biến áp thường được lựa chọn dựa trên nhu cầu sử dụng cụ thể.

𝑆 𝑇 ≥ 𝑆 𝑡𝑡 (5.1) với ST là công suất định mức máy biến áp (kVA), Stt là công suất tính toán của toàn bộ phụ tải (kVA)

5.2.2 Lựa chọn máy biến áp cho công trình

Trạm biến áp được lắp đặt bên ngoài công trình nhằm tối ưu hóa diện tích sử dụng Loại máy biến áp được chọn là máy biến áp dầu 3 pha với điện áp định mức 22/0.4kV và công suất 500kVA, đủ đáp ứng 120% công suất tính toán của công trình Thông số kỹ thuật chi tiết của máy biến áp có thể tham khảo trong phụ lục 1.2 Công trình dự phòng 20% dung lượng máy biến áp do khách sạn đã thiết kế hệ thống máy lạnh và điều hòa thông gió, chỉ cần dự trữ một lượng vừa đủ để đảm bảo hoạt động hiệu quả.

Lựa chọn máy phát điện dự phòng

Máy phát điện là giải pháp phổ biến để cung cấp nguồn điện dự phòng khi gặp sự cố với nguồn điện chính Để đảm bảo an toàn trong các tình huống khẩn cấp, dung lượng máy biến áp tối thiểu cần đáp ứng đủ cho các tải ưu tiên Việc chuyển đổi giữa nguồn chính và nguồn dự phòng có thể thực hiện tự động hoặc bằng tay thông qua bộ chuyển đổi nguồn tự động ATS Dung lượng của máy phát điện được xác định dựa trên các yêu cầu cụ thể của tải.

Công thức S AT ≤ S G ≤ k% S T (5.2) chỉ ra rằng tổng công suất các phụ tải an toàn (S AT) phải nhỏ hơn hoặc bằng công suất máy phát điện (S G), và công suất máy phát điện cũng phải nhỏ hơn hoặc bằng một tỷ lệ phần trăm (k%) của công suất máy biến áp (S T) Hệ số hiệu chỉnh k% phụ thuộc vào suất đầu tư và loại hộ tiêu thụ.

5.3.2 Lựa chọn máy phát điện dự phòng cho công trình

Khách sạn thuộc loại 2, do đó khi mất điện sẽ gây thiệt hại kinh tế đáng kể Để đảm bảo cung cấp điện cho toàn bộ tải trong tòa nhà, dung lượng máy phát điện cần tương đương với dung lượng máy biến áp Máy phát điện được chọn là loại 500kVA, được lắp đặt tại tầng một của công trình Thông số kỹ thuật chi tiết của máy phát điện được trình bày trong phụ lục 1.2.

LỰA CHỌN DÂY DẪN CHO CÔNG TRÌNH

Đặt vấn đề

Có nhiều phương pháp để chọn dây dẫn và cáp, như tính toán theo tổn thất điện áp cho phép hoặc theo dòng phát nóng cho phép Trong đồ án này, phương pháp tính theo dòng phát nóng cho phép được lựa chọn, vì cáp hạ áp thường có lớp bọc cách điện, cần đảm bảo độ tỏa nhiệt của dây để bảo vệ độ bền của vỏ cách điện.

Phương pháp lựa chọn dây dẫn

Việc lựa chọn dây dẫn được thực hiện theo các bước:

- Tính toán dòng làm việc lớn nhất trên dây dẫn:

𝑈 𝑝 ( 1 𝑝ℎ𝑎 ) (6.2) với IB là dòng làm việc lớn nhất trên đây dẫn (A), Ud, Up lần lượt là điện áp dây và điện áp pha

- Tính toán dòng tính toán cho phép trên dây dẫn

K (6.5) với ICB là dòng định mức của CB(A) Các hệ số K, K1, K2 lần lượt đại diện cho hệ số hiệu chỉnh, hệ số suy giảm theo nhóm và hệ số nhiệt độ môi trường Những hệ số này được tra cứu trong bảng B.52 thuộc phụ lục B của tiêu chuẩn.

[4], Iz là dòng tính toán cho phép trên dây dẫn

Dựa vào catalogue của nhà sản xuất, hãy chọn dây dẫn có khả năng mang dòng lớn hơn dòng tính toán cho phép Phương pháp lắp đặt cũng cần được xem xét để đảm bảo tính an toàn và hiệu quả cho dây dẫn vừa tìm được.

Kiểm tra sụt áp từ nguồn điện đến tải là bước quan trọng để xác định liệu có cần giữ nguyên hay tăng tiết diện dây dẫn đã chọn Quyết định này phải dựa trên mức sụt áp cho phép theo tiêu chuẩn 4.5.

[5] Sụt áp được xác định bằng cách:

Công thức tính độ sụt áp trên đường dây được biểu diễn bằng ∆U = Up (1 + R0 + jX0) * L, trong đó ∆U là độ sụt áp (V), R0 là điện trở trên một đơn vị chiều dài dây hoặc cáp, X0 là điện kháng trên 1 đơn vị chiều dài dây, và L là chiều dài dây dẫn (m).

Độ sụt điện áp trên cáp điện có thể được ước tính dựa trên độ sụt điện áp cho dòng điện 1 Ampe trên 1 km chiều dài cáp, tùy thuộc vào các tiết diện khác nhau của cáp Để tính toán độ sụt điện áp trên cáp điện, chúng ta sử dụng một công thức cụ thể.

∆𝑈 = 𝐾 𝐼 𝐵 𝐿 (6.10) với giá trị của K được tham khảo trong mục 10.10 tiêu chuẩn [4]

Khi lựa chọn tiết diện dây trung tính, cần xem xét điều kiện phát nóng, điều này phụ thuộc vào loại hình mạng điện cũng như tỷ lệ sóng hài bậc 3 và sóng hài bội số của 3.

2 ≤ 𝑆 𝑁 ≤ 𝑆 𝐿 (6.11) với SL, SN lần lượt là tiết diện dây pha và dây trung tính (mm 2 )

- Lựa chọn tiết diện dây PE: Tiết diện dây PE được lựa chọn dựa vào bảng 6.1

Bảng 6.1 Tiết diện tối thiểu của dây bảo vệ PE

Tiết diện của dây dẫn pha cấp điện cho thiết bị điện (mm 2 )

Tiết diện tối thiểu của dây dẫn bảo vệ thiết bị điện (mm 2 )

Ứng dụng phần mềm Revit vào tính toán khoảng cách giữa các tủ điện trong công trình

Khoảng cách giữa các tủ điện là yếu tố quan trọng trong việc tính toán sụt áp và ngắn mạch cho công trình Để đảm bảo độ chính xác trong xác định thông số này, đồ án đã ứng dụng phần mềm Revit để thiết kế 3D cho khách sạn, xác định vị trí các tủ điện theo bản vẽ cấp nguồn và xuất số liệu về độ dài giữa các tủ Dựa trên các thông số đã xác định, đồ án tiến hành tính toán điện trở và điện kháng của cáp.

6.3.2 Giới thiệu tổng quan về phần mềm Revit

Revit là phần mềm hỗ trợ kiến trúc sư và kỹ sư xây dựng trong việc mô hình hóa công trình với thông tin BIM (Building Information Modeling), giúp thiết kế các ý tưởng thông qua một cách tiếp cận mô hình phối hợp nhất quán.

6.3.3 Mô hình hóa hệ thống tủ điện của khách sạn trên phần mềm revit

Hình 6.1 Hình ảnh toàn bộ hệ thống tủ điện của khách sạn

Lựa chọn dây dẫn cho công trình

Kết quả lựa chọn dây dẫn cho tủ tầng hầm được thể hiện ở bảng 6.2 Chi tiết tính toán được thể hiện ở phần phụ lục 2.3.

Bảng 6.2 Bảng lựa chọn dây dẫn cho tủ tầng hầm công trình

Tủ Kí hiệu mạch Chức năng mạch IB

K Iz'(A) Cỡ dây pha/ trung tính Cỡ dây PE

L1 Chiếu sáng 0.5 10 0.611 16.4 2x1Cx1.5mm2 Cu/PVC 1Cx1.5mm2 Cu/PVC

S1 Ổ cắm 13.6 20 0.94 21.3 2x1Cx2.5mm2 Cu/PVC 1Cx2.5mm2 Cu/PVC

P1 Dàn lạnh 0.8 10 0.94 10.6 2x1Cx1.5mm2 Cu/PVC 1Cx1.5mm2 Cu/PVC

P2 Cửa cuốn 9.1 16 0.752 21.3 2x1Cx2.5mm2 Cu/PVC 1Cx2.5mm2 Cu/PVC

P3 Cửa cuốn 9.1 16 0.752 21.3 2x1Cx2.5mm2 Cu/PVC 1Cx2.5mm2 Cu/PVC

P4 Quạt 6.3 10 0.94 10.6 2x1Cx2.5mm2 Cu/PVC 1Cx2.5mm2 Cu/PVC

DB-BAR-1F Tủ 7.6 25 0.94 26.6 1x4Cx4mm2 Cu/PVC 1Cx4mm2 Cu/PVC

Bảng 6.3 Bảng giá trị tính toán thông số điện trở, điện kháng của dây dẫn, cáp điển hình

Số sợi một pha Điện trở suất (mΩ.mm2/m dây)

EMSB -> MCCP-MV-RF Cu 16 125.781 1 22.5 1.41 0 176.88 0.00

EMSB -> MCCP-VRV-RF Cu 185 89.079 2 22.5 0.06 0.08 5.42 7.13

EMSB -> MCCP-BP-RF Cu 6 122.861 1 22.5 3.75 0 460.73 0.00

EMSB -> MCCP-HP-RF Cu 35 121.633 1 22.5 0.64 0 78.19 0.00

Bảng 6.4 Bảng tính sụt áp các vị trí đặc biệt của công trình

STT Vị trí Tiết diện cáp (mm2) L (m) IB(A) cosφ sinφ Ro

4 DB-KIT-MF -> Thiết bị 2.5 20.0 13.6 0.8 0.6 9.00 0.00 3.92 1.03%

4 MCCP-MV-RF -> Thiết bị 10 30.0 28.5 0.8 0.6 2.25 0.00 2.66 0.70%

4 MCCP-VRV-RF -> Thiết bị 50 30.0 73.9 0.8 0.6 0.45 0.08 1.57 0.41%

4 MCCP-BP-RF -> Thiết bị 2.5 30.0 6.1 0.8 0.6 9.00 0.00 2.27 0.60%

4 MCCP-HP-RF -> Thiết bị 2.5 30.0 4.2 0.8 0.6 9.00 0.00 1.56 0.41%

CHƯƠNG 7 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH VÀ LỰA CHỌN

THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT CHO KHÁCH SẠN

Đặt vấn đề

Sau khi chọn dây dẫn, bước tiếp theo là lựa chọn thiết bị đóng cắt cho các mạch nhằm bảo vệ dây dẫn và thiết bị khỏi sự cố chạm chập điện Việc thiết kế và chọn thiết bị đóng cắt cần đảm bảo tiết kiệm chi phí, đồng thời vẫn phải đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn điện.

Phương pháp tính toán ngắn mạch

Tính toán dòng ngắn mạch là bước quan trọng để lựa chọn dòng cắt ngắn mạch định mức cho thiết bị bảo vệ như cầu dao tự động (CB) Qua đó, chúng ta có thể xác định dòng ngắn mạch ở phía trung thế một cách chính xác.

Công thức √3𝑥𝑈 20 (7.2) mô tả mối quan hệ giữa công suất định mức của máy biến áp (𝑃 𝑛), điện áp dây phía thứ cấp khi không tải (𝑈 20), dòng định mức (𝐼 𝑛), dòng ngắn mạch (𝐼 𝑠𝑐) và điện áp ngắn mạch (𝑈 𝑠𝑐).

Ngắn mạch phía hạ áp sẽ được xác định theo công thức sau:

Tổng trở mỗi pha tới điểm ngắn mạch được tính bằng công thức \( Z_T = \sqrt{R_T^2 + X_T^2} \) với \( U_{20} \) là điện áp dây phía thứ cấp khi không tải Trong đó, \( R_T \) là tổng điện trở và \( X_T \) là tổng điện kháng mỗi pha Các giá trị điện trở và điện kháng của dây dẫn được tham khảo trong chương H của tiêu chuẩn [3] Kết quả tính toán ngắn mạch tại một số điểm đặc biệt được trình bày trong bảng 7.1, và chi tiết tính toán có trong phần phụ lục tính toán 2.6.

Bảng 7.1 Tính toán ngắn mạch cho một số điểm đặc biệt cho công trình

STT MÔ TẢ R(mΩ) X (mΩ) Rt (mΩ) Xt (mΩ) 3-pha

Máy biến áp (MBA) Rtr= 3.9 Xtr= 13.6 4.01 14.31 16.3

(IEC) (IEC) Rmv+Rtr Xmv+Xtr

Từ MBA đến ACB Rc= 1.875 Xc= 4.8 5.88 19.11 12.1

Rc=Rv x L Xc=Xv x L Rmv+Rtr+Rc Xmv+Xtr+Xc

ACB-1 = 800 (IEC) (IEC) Rmv+Rtr

L = 5 m (IEC) (IEC) Rmv+Rtr+Rc

2 Từ EMSB đến DB-BF Rc'= 16.4 Xc'= 0.00 22.3 20.01 8.1

3 Từ DB-BF đến DB-BAR-1F Rc''= 31.3 Xc''= 0.00 53.5 20.01 4.2

Lựa chọn thiết bị đóng cắt cho công trình

Dựa vào dòng định mức CB và dòng ngắn mạch đã tính toán, tiến hành lựa chọn thiết bị đóng cắt bảo vệ Các lộ ổ cắm sẽ sử dụng RCBO 30mA để bảo vệ chống dòng rò theo quy chuẩn Chi tiết bố trí thiết bị đóng cắt có thể tham khảo trong bản vẽ sơ đồ nguyên lý Thông số kỹ thuật của thiết bị đóng cắt được trình bày ở phụ lục 1.4.

TÍNH TOÁN CHỐNG SÉT VÀ NỐI ĐẤT CHO CÔNG TRÌNH

Tính toán chống sét cho công trình

Công trình khách sạn được bảo vệ toàn diện bằng hệ thống chống sét đánh trực tiếp sử dụng kim phóng điện sớm (ESE) Việc áp dụng một kim thu sét duy nhất không chỉ đảm bảo an toàn mà còn giữ gìn tính thẩm mỹ cho kiến trúc của khách sạn.

8.1.1 Phương pháp lựa chọn cấp bảo vệ thích hợp cho công trình

Cấp bảo vệ thích hợp được xác định dựa theo tiêu chuẩn [7]

- Thông số cần thiết cho tính toán:

+ Chiều cao của công trình H(m)

+ Chiều dài của công trình L(m)

+ Chiều rộng của công trình W(m)

- Lựa chọn các hệ số C1 đến C5 dựa vào các bảng 8.1, bảng 8.2, bảng 8.3, bảng 8.4, bảng 8.5 trích dẫn trong tiêu chuẩn [7]

Bảng 8.1 Hệ số phụ thuộc vào vị trí công trình

Công trình nằm trong vùng có các cấu trúc khác, cây cao ngang hoặc cao hơn công trình

Công trình bao quanh bởi các công trình khác thấp hơn 0,5

Công trình độc lập, không có các công trình khác trong phạm vi

Công trình nằm trên núi hay đồi cao 1

Bảng 8.2 Hệ số cấu trúc công trình

Bảng 8.3 Hệ số phụ thuộc vào vật liệu chứa trong công trình

Không giá trị và không dễ cháy 0,5

Giá trị bình thường và có khả năng bắt lửa 1

Giá trị cao và đặc biệt bắt lửa 2

Giá trị cao, bắt lửa cao, dễ gây nổ 3

Bảng 8.4 Hệ số phụ thuộc vào tính năng của công trình

Bảng 8.5 Hệ số phụ thuộc vào tác hại của sét

- Xác định tần số sét có thể chấp nhận được

Kết cấu Kim loại Thường Dễ cháy

Không có người làm việc thường xuyên 0,5

Có người làm việc thường xuyên 1

Tập trung đông người, khó sơ tán 3

Công trình không yêu cầu hoạt động liên tục, không có tác hại đối với môi trường

Công trình yêu cầu hoạt động liên tục ,có tác hại đối với môi trường

Có tác hại đối với môi trường 10

𝐶 = 𝐶 2 𝑥𝐶 3 𝑥𝐶 4 𝑥𝐶 5 (8.2) với Nc là tần số sét có thể chấp nhận được ( lần/km 2 năm) được tham khảo trong quy chuẩn [8]

- Xác định vùng tập trung tương đương:

- Xác định tần số sét đánh tính toán vào khu vực công trình:

Tần số sét đánh tính toán (Nd) được xác định bằng công thức Nd = Ngmax x Ac x C1 x 10^(-6), trong đó Ngmax là mật độ sét đánh cực đại, Ng là mật độ sét đánh trung bình, và các giá trị được đo bằng lần/km².năm.

Nếu Nd  Nc : Công trình có thể không cần hệ thống chống sét

Nếu Nd > Nc : Công trình cần thiết phải có hệ thống chống sét

- Xác định cấp bảo vệ của công trình khi Nd > Nc :

𝑁 𝑑 (8.5) thông qua bảng 8.6 được trích dẫn trong tiêu chuẩn [7] để chọn lựa cấp bảo vệ

Bảng 8.6 Bảng tra hệ số lựa chọn cấp bảo vệ của công trình

Hệ số E Cấp bảo vệ lựa chọn Dòng xung đỉnh

E>0.98 Cấp 1 + biện pháp bảo vệ bổ sung - -

8.1.2 Phương pháp xác định bán kính bảo vệ cho công trình

Bán kính bảo vệ của công trình được xác định theo công thức:

37 với h là chiều cao đặt kim ESE so với mặt phẳng được bảo vệ (m), L là độ lợi khoảng cách (m), tùy thuộc vào loại đầu kim được xác định:

∆𝐿 = 𝑉𝑥∆𝑇 (8.7) với V là tốc độ phát triển của tia tiên đạo đi lên, thường là 1,1 m/𝜇𝑠 theo giáo trình [9], ∆T là thời gian phóng điện sớm (𝜇s), tùy thuộc loại đầu kim

Dựa vào catalogue thiết bị lựa chọn kim có bán kính bảo vệ lớn hơn hoặc bằng bán kính bảo vệ tính toán của công trình

8.1.3 Tính toán chống sét cho công trình

Kết quả tính toán được thể hiện ở bảng 8.7

Bảng 8.7 Tính toán chống sét cho công trình

Thông số tính toán Giá trị Đơn vị

Hệ số phụ thuộc vào vị trí công trình C1 1

Hệ số cấu trúc công trình C2 1

Hệ số phụ thuộc vào vật liệu chứa trong công trình

Hệ số phụ thuộc vào tính năng công trình C4 3

Hệ số phụ thuộc vào tác hại của sét C5 5

Tấn số sét có thể chấp nhận được Nc 0.0004 lần/năm

Vùng tập trung tương đương 51311 m2

Tần số sét đánh tính toán vào khu vực Nd

Cấp bảo vệ lựa chọn Cấp 1

Bán kính bảo vệ cần thiết

Bán kính bảo vệ lựa chọn 42 m

Tốc độ phát triển của tia tiên đạo đi lên V 1.1 m/𝜇s

Thời gian phóng điện sớm 40 𝜇s Độ lợi khoảng cách 25.31 m

Bán kính bảo vệ tính toán 42 m

Bán kính bảo vệ của kim 48 m

Tính toán nối đất cho công trình

8.2.1 Sơ đồ nối đất Đồ án thiết kế sơ đồ nối đất an toàn TN-S cho khách sạn

Hình 8.1 Sơ đồ nối đất TN-S

Sơ đồ TN-S bắt buộc sử dụng cho các mạch có tiết diện nhỏ hơn 10mm 2 (Cu) và 16 mm 2 (Al) cho các thiết bị di động theo tiêu chuẩn [3]

8.2.2 Sử dụng hệ thống cọc chôn thành dãy

Dùng cọc thép bọc đồng d = 16mm; L = 2,4 m

Hệ thống cọc nối đất bao gồm các cọc dài 2,4 m và đường kính 16 mm, được chôn sâu với khoảng cách a (m) giữa các cọc Các cọc được liên kết bằng cáp đồng trần có tiết diện 70 mm² Điện trở suất của đất được đo vào mùa khô theo bảng 3.4 trong chương 3 của giáo trình [9].

𝜌 𝑡𝑡 = 𝜌𝑥𝐾 𝑚 (m) (8.8) Điện trở nối đất của một cọc:

4ℎ+ 𝐿() (8.9) Với số cọc n, a/L = 5/2,4 =2 tra được hệ số sử dụng cọc 𝜂 𝑐 ở bảng 3.8, chương 3 giáo trình [9] Điện trở của hệ thống cọc:

Dây đồng trần có tiết diện 70 mm² và đường kính d1 mm được sử dụng để nối đất Điện trở nối đất của dây đồng phụ thuộc vào chiều dài tổng của các cọc nối, ký hiệu là Lt (m), và độ sâu chôn cọc so với mặt đất là h m.

Với số cọc n và tỷ lệ a/L = 5/2,4 = 2, ta tra cứu hệ số sử dụng thanh 𝜂 𝑡ℎ từ bảng 3.8 trong giáo trình [9] Điện trở nối đất của dây đồng bản nối các cọc được xác định khi xem xét hệ số sử dụng thanh.

𝜂 𝑡ℎ (8.12) Điện trở nối đất của toàn hệ thống

8.2.3 Sử dụng giếng tiếp địa

Khi điện trở suất của đất cao hoặc không có đủ diện tích để lắp đặt hệ thống cọc tiếp địa, người ta thường sử dụng giếng tiếp địa với độ sâu từ 15 đến 30m và đường kính từ 90 đến 300mm Giếng được thiết kế với chiều sâu và bề rộng đồng nhất dọc thân giếng nhằm tránh bị chèn lấp bởi đất sạt lở Sau khi khoan đến mạch nước ngầm, quy trình tiếp theo sẽ được thực hiện.

40 cọc tiếp địa được kết nối với cáp đồng trần thông qua mối hàn CADWELD xuống giếng Hợp chất giảm điện trở GEM được đổ xuống giếng để ổn định nền địa chất Cuối cùng, dây liên kết giữa các giếng tiếp địa được thực hiện qua rãnh đào trước.

8.2.4 Đẳng thế các hệ thống nối đất

Thiết bị đẳng thế PEC là một khe hở phóng điện giúp ngăn chặn sự chênh lệch điện áp giữa các điện cực đất Trong trạng thái bình thường, PEC ở chế độ hở mạch Khi sự chênh lệch điện áp vượt quá mức điện áp đánh thủng của PEC, mạch sẽ tự động đóng lại để cân bằng điện áp Sau khi sự chênh lệch được điều chỉnh, PEC sẽ tự phục hồi về trạng thái ban đầu.

8.2.5 Thiết kế hệ thống nối đất cho công trình

Do khu vực có điện trở suất đất cao (đất pha cát) và diện tích hạn chế cho hệ thống cọc lớn, thiết kế hệ thống nối đất chống sét và nối đất an toàn bao gồm hai giếng tiếp địa cho mỗi hệ thống, được nối đẳng thế với nhau Yêu cầu điện trở nối đất cho hệ thống nối đất là 10 Ω theo tiêu chuẩn [10], trong khi hệ thống nối đất an toàn yêu cầu 4 Ω theo quy phạm [11].

Kết quả tính toán được thể hiện ở bảng 8.9, bảng 8.10, bảng 8.11

Bảng 8.9 Thông tin hệ thống nối đất cho công trình

Thông số Kí hiệu Giá trị Điện trở suất của đất: Đất sét pha cát ( dùng giếng ) ρđ (Ω.m) 20

Hệ số mùa Km 1 Điện trở suất tính toán ρtt (vì được đo vào mùa khô) ρtt (Ω.m) 20

Chọn cọc nối đất: Thép bọc đồng L (m) 2.4 φ (m) 0.016 Đường kính cáp nối cọc d 70mm2 0.01065 Độ chôn sâu cọc ( h ) mặt đất đến đỉnh cọc h (m) 30

Khoảng cách giữa các cọc a (m) 5

Bảng 8.10 Hệ số sử dụng cọc tiếp địa

Nối đất An Toàn Nối đất chống sét

Bảng 8.11 Tính toán số lượng giếng tiếp địa cho công trình

Loại nối đất Số lượng giếng

Tổng chiều dài cáp nối cọc

(Ω) Điện trở của toàn hệ thống (Ω)

Nối đất hệ thống chống sét 2 5 4.1 2.4 5.6 6.1 1.7 10

NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT

Phương pháp tính toán

Mục đích của việc bù công suất phản kháng là cải thiện hệ số công suất, từ đó giảm chi phí điện năng và cho phép sử dụng máy biến áp, thiết bị đóng cắt và cáp có kích thước nhỏ hơn Ngoài ra, việc bù công suất còn giúp giảm tổn thất điện năng và sụt áp trong hệ thống điện Dung lượng bù cần được xác định một cách chính xác để đạt hiệu quả tối ưu.

Công thức tính dung lượng bù Qb được xác định bằng Qb = Pt * t * (tan ϕt - tan ϕs), trong đó Qb là dung lượng bù tính toán (kVAr), ϕt là góc pha tương ứng với hệ số công suất trước khi bù, và ϕs là góc pha tương ứng với hệ số công suất sau khi bù Hệ số KB biểu thị công suất tụ trên 1 kW tiêu thụ (kVAr/kW) và có thể được tra cứu trong bảng E17 thuộc chương E của tiêu chuẩn [3].

Dòng điện định mức cho tụ điện được xác định

Để hạn chế tác động của sóng hài trong hệ thống điện, dòng điện tính toán qua tụ (Ic) được xác định theo công thức √3𝑈 𝑑 (9.1), với Qb là dung lượng của tụ và Ud là điện áp dây Dòng làm việc sẽ được chọn dư ra từ 1,3 đến 1,5 lần giá trị danh định.

Tính toán dung lượng bù cho công trình

Vì dung lượng bù Qb = 150 kVAr lớn hơn 15%ST, nên phương pháp bù ứng động được áp dụng Hệ số công suất sau khi bù được xác định là khoảng 0.93 theo quy chuẩn mục 7.1.3.

Kết quả tính toán được thể hiện ở bảng 9.1

Bảng 9.1 Tính toán dung lượng bù và lựa chọn thiết bị đóng cắt cho tụ Đại lượng Giá trị Đơn vị

Số lượng cấp bù 6 cấp

Tiêu đề	Thiết Kế Cung Cấp Điện Cho Khách Sạn Long Hải
Tác giả	Nguyễn Hoài Tưởng, Hoàng Xuân Tú
Người hướng dẫn	PGS.TS.Võ Viết Cường
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Ngành CNKT Điện - Điện Tử
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	104
Dung lượng	7,09 MB