Đồ án môn học thiết kế hệ thống cung cấp điện đề tài thiết kế hệ thống cung cấp điện cho toà nhà 11 tầng

Cơ sở lý thuyếtCông suất biểu kiến yêu cầu của một tải có thể là một thiết bị được tính từ công suất định mức của nó nếu cần, có thể phải hiệu chỉnh đối với các động Thực ra tổng số kVA

1 Nông Xuân Hội 2 Nguyễn Văn Sơn

LỜI MỞ ĐẦU

Nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng nhanh, công nghiệp điện lực đóng vai trò thiết yếu Bởi vậy, chúng ta cần đưa ra giải pháp cung cấp nguồn năng lượng điện để phục vụ và nâng cao chất lượng sống Trong khuôn khổ Đồ án Thiết kế hệ thống cung cấp điện, chúng em thực hiện với đối tượng là toà nhà thương mại kết hợp căn hộ cho thuê.

Đi sâu vào phân tích, nhiều vấn đề và bài toán cần được giải quyết Tuy nhiên để đưa ra phương án cho toàn bộ sẽ hạn chế về nội dung chủ chốt của toàn bài Bởi vậy, chúng em tập trung trình bày cơ sở thiết kế, hệ thống điện trung tâm thương mại và dân dụng, trạm biến áp, phụ tải, chống sét, sau đó dự toán công trình.

Dù cố gắng tìm hiểu và nỗ lực cụ thể hoá vấn đề, song do hạn chế về hiểu biết và thời gian nên không thể tránh khỏi thiếu sót Kính mong thầy, cô và bạn bè đón nhận trên tinh thần tham khảo.

1.2.2 Xác định phụ tải máy bơm nước cấp nước 8

1.2.3 Phụ tải của quạt thông gió tầng hầm 9

1.2.4 Phụ tải của thang máy nâng hàng 11

1.2.5 Phụ tải của bơm chữa cháy 12

1.2.6 Phụ tải chiếu sáng khẩn cấp 14

1.3 Tính toán cho tầng 1 đến 3 15

1.3.1 Phụ tải tính toán khu vui chơi tầng 1 đến 3 15

1.3.2 Phụ tải ổ cắm tầng 1 đến 3 16

1.3.3 Phụ tải thang máy tải khách 16

1.3.4 Khu thương mại 17

2.1.1 Yêu cầu chung 22

2.1.2 Cung cấp điện cho nhà cao tầng 22

2.2 Lựa chọn phương án cấp điện 23

2.2.1 Phương án 1 Cấp điện phân tán 23

2.2.2 Phương án 2 Cấp điện tập trung 23

CHƯƠNG 4 Tính toán chống sét và nối đất 34

CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI1.1 Cơ sở lý thuyết

Công suất biểu kiến yêu cầu của một tải (có thể là một thiết bị) được tính từ công suất định mức của nó (nếu cần, có thể phải hiệu chỉnh đối với các động

Thực ra tổng số kVA không phải là tổng số học các công suất biểu kiến của từng tải (trừ khi có cùng hệ số công suất) Kết quả thu được do đó sẽ lớn hơn giá trị thực Nhưng trong thiết kế, điều này là chấp nhận được [2].

1.1.1 Hệ số sử dụng Ksd

Là tỉ số của phụ tải tính toán trung bình với công suất đặt hay công suất định mức của thiết bị trong một khoảng thời gian khảo sát (giờ, ca, hoặc ngày

1.1.2 Hệ số đồng thời Kđt

Là tỉ số giữa công suất tác dụng tính toán cực đại tại nút khảo sát của hệ thống cung cấp điện với tổng các công suất tác dụng tính toán cực đại của các nhóm hộ tiêu thụ riêng biệt (hoặc các nhóm thiết bị) nối vào nút đó:

1.1.3 Tính toán phụ tải tính toán Ptt theo hệ số sử dụng Ksd và Kđt

Dòng điện định mức của từng thiết bị:

Việc xác định Kđt (hệ số đồng thời) đòi hỏi sự hiểu biết chi tiết về lưới và điều kiện vận hành của từng tải riêng biệt trong lưới do vậy khó có thể cho giá trị chính xác cho mọi trường hợp [2].

Thông số phụ tải chiếu sáng:

1.2.2 Xác định phụ tải máy bơm nước cấp nước

Có 2 máy bơm 3 pha, 1 máy làm việc, 1 máy dự phòng 30 (kW), n  2

Các thiết bị được tính trong bảng dưới đây: phụ tải bơm nước

Phụ tải lượngSố P (W)tt Công suất tổng (kVA)

Bảng 1.2

Dựa vào bảng tính toán 1.7 và do hệ số đồng thời kđt  0,9 Suy ra tổng công suất:

1.2.3 Phụ tải của quạt thông gió tầng hầm

Gồm 12 động cơ,  0,9; cos  0,8; tan   0,75; hệ số đồng thời

1.2.4 Phụ tải của thang máy nâng hàng

Gồm có 1 động cơ 3 pha 30 kW;  0,9; cos 0,8; tan   0,75

Ổ cắm và chiếu sáng khu vực hàng, máy điều hòa 2,4 kW;  = 0,9;

Công suất (kVA)

Công suất tổng (kVA) Pha A PhaB PhaC

Vậy công suất tổng: Stt 41 (kVA) Hệ số đồng thời Kđt  1

Suy ra công suất tính toán: Stt 41 (kVA)

cos 0,8

1.2.5 Phụ tải của bơm chữa cháy

Gồm 2 máy bơm chữa cháy 3 pha 90 kW, 2 máy bơm bù áp 3 pha 11 kW, 2 máy bơm vách tường 3 pha 30 kW; η  0,9, cos 0,8, tan   0,75

Ta có:

Tủ điện bơm chữa cháy

Phụ tải lượngSố Công suất (kVA) Công suất tổng (kVA)

1.3 Tính toán cho tầng 1 đến 3

1.3.1 Phụ tải tính toán khu vui chơi tầng 1 đến 3

Gồm phụ tải máy lạnh, quạt hút, ổ cắm đôi 3 chấu 16A/220V và 2 máy lạnh.

1.3.3 Phụ tải thang máy tải khách

Tủ điện thang máy tải khách

Tên thiết bị lượngSố  cos tan 

Công suất (VA) Công

1.3.4 Khu thương mại

1.4.1.1 Tính toán phụ tải máy lạnh

Tính công suất của 1 máy lạnh bất kỳ, chẳng hạn ta chọn loại:

1.5 Tính toán phụ tải toàn tòa nhà

Bảng phụ tải tính toán cho toàn toà nhà: Tủ điện chính

Tầng hầm Quạt thông gió tầng hầm

1.5.1 Phụ tải tính toán ở nguồn dự phòng

Khi xảy ra sự cố mất điện hay hư hỏng máy biến áp Máy phát dự phòng sẽ hoạt động để cung cấp nguồn cho các tải tiêu thụ điện cần thiết.

Khi đó từ tầng 4 đến tầng 11 các công tắc tơ ở các tủ điện của các tầng sẽ tự động cắt các tải tiêu thụ công suất lớn ra khỏi nguồn (theo quy ước từ các bản vẽ của chương sau)

Khi nguồn điện cung cấp trở lại bình thường thì lúc này nhân viên kỹ thuật sẽ đóng công tắc tơ lại (các cuộn công tắc tơ được điều khiển ở phòng kỹ thuật tầng 1), và lúc đó tải tiêu thụ ở các căn hộ trở lại bình thường.

Đa số các căn hộ ở các tầng điển hình tương đương nhau, nên ta có thể tính như sau:

Bảng thống kê phụ tải cho toàn bộ nguồn dự phòng

Khu vực Tên phụ tải lượngSố costb Hệ số đồng

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN2.1 Cơ sở lý thuyết

2.1.1 Yêu cầu chung

Phương án cung cấp điện được xem là hợp lý nếu thoả mãn các yêu cầu

- Thuận tiện trong vận hành, lắp ráp và sửa chữa - Có chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật hợp lý

Việc chọn phương án cung cấp điện bao gồm: Chọn cấp điện áp, nguồn điện, sơ đồ cung cấp điện, phương thức vận hành Các vấn đề này có ảnh hưởng trực tiếp đến vận hành, khai thác và phát huy hiệu quả của hệ thống cung cấp điện Đồng thời, phải tiến hành so sánh giữa các phương án đã được đề ra về phương diện kinh tế - kỹ thuật Bên cạnh đó, phải kể đến yêu cầu về phát triển kinh tế của địa phương và chủ trương, chính sách của nhà nước [6].

2.1.2 Cung cấp điện cho nhà cao tầng

Đối với sơ đồ cung cấp điện chính của các cao ốc văn phòng, đây là công trình loại cao cấp, toàn bộ các phụ tải của công trình cần liên tục cung cấp điện, do đó cần thiết phải có hệ thống máy phát điện có công suất tương đương với công suất yêu cầu từ lưới điện.

Các nhà chung cư cao tầng thông thường thì chỉ có các phụ tải được ưu tiên đặc biệt, có thêm nguồn điện từ máy phát điện của toà nhà là: thang máy,

Phần cấp điện cho các căn hộ và khu dịch vụ cho thuê được tách riêng đối với các phụ tải điện do ban quản lý toà nhà chịu trách nhiệm trả tiền điện Đồng thời mỗi căn hộ và mỗi khu dịch vụ cho thuê riêng biệt cần có các công tơ đo điện riêng biệt, để thuận tiện cho việc tính toán tiền điện cho mỗi căn hộ cho thuê và các khu dịch vụ riêng biệt Các công tơ điện này thường là loại một pha, đặt tại phòng kỹ thuật chung mỗi tầng hoặc gần các căn hộ cần đo đếm điện [6].

2.2 Lựa chọn phương án cấp điện2.2.1 Phương án 1 Cấp điện phân tán

Nguồn điện đặt phân phối ở các tầng.

Vậy, chiều dài dây tối thiểu cho phương án 1 là: CTổng 1  16690,545 (m)

2.2.2 Phương án 2 Cấp điện tập trung

Nguồn điện được đặt tập trung ở tầng hầm thứ nhất, phân chia theo loại phụ tải, các dây phân phối đi đến các tầng.

Chiều cao từ tầng hầm đến tầng 11:

h  42,1 (m)

2.2.3 So sánh 2 phương án2.2.3.1 Tính kỹ thuật

Hai phương án giống nhau về tính kỹ thuật do chọn cùng loại dây và cùng công suất phụ tải.

2.2.3.2 Tính kinh tế

Chiều dài dây: Phương án một có tính kinh tế hơn vì tốn ít dây do không phải nối thêm dây tới các tầng, mà chỉ cần một đường dây từ nguồn điện vào rồi chia đều khoảng cách tới cách tầng sao cho tối ưu nhất.

Bảo trì, sửa chữa: Phương án hai có tỏ ra ưu việt hơn, bởi có ít tủ điện và tập trung tại một khu vực là tầng hầm, thuận tiện cho việc theo dõi và sửa chữa.

2.2.4 Lựa chọn 2 phương án

Do tính kỹ thuật của cả hai phương án là như nhau, bởi vậy ta xét tới tính kinh tế.

So với chi phí dây dẫn thì chi phí sửa chữa và bảo trì đắt đỏ hơn Bởi vậy, ta chấp nhận tốn thêm dây dẫn để bù cho phần chi phí này.

Từ những điều trên, ta chọn phương án 2: Cấp điện tập trung

CHƯƠNG 3 THIẾT LẬP SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN VÀ LỰA CHỌN CÁC

Ở lưới hạ áp thường gọi dao cách ly là cầu dao, người ta chế tạo cầu dao 1 pha, 2 pha, 3 pha với số cực khác nhau: 1 cực, 2 cực, 3 cực Về khả năng đóng cắt, cầu dao được chế tạo gồm 2 loại:

1 Cầu dao (thường, không tải): Làm nhiệm vụ cách ly, đóng cắt không tải hoặc dòng nhỏ;

2 Cầu dao phụ tải: Làm nhiệm vụ cách ly, đóng cắt phụ tải Cầu dao hạ áp được chế tạo thành 3 loại:

Cầu chì thông thường: Không làm nhiệm vụ cách ly, cắt tải;

Cầu chì cách ly: Một đầu cố định, một đầu mở ra được như dao cách ly làm nhiệm vụ cách ly như cầu dao;

Cầu chì cắt tải là cầu chì cách ly có thể đóng cắt dòng phụ tải như cầu dao phụ tải.

Ngoài ra, cũng chế tạo bộ cầu dao - cầu chì theo thể loại: Bộ cầu dao - cầu chì thông thường, bộ cầu dao phụ tải - cầu chì.

Cầu chì hạ áp được đặc trưng bởi 2 đại lượng: Idc là dòng định mức của dây chảy cầu chì, A;

I là dòng định mức của vỏ cầu chì (bao gồm cả đế và nắp).

Khi nói bộ cầu dao - cầu chì 100A, phải hiểu là ICD  IvỏCC 100A.

Trong lưới điện hạ áp, cầu chì và cầu dao thường đặt khá xa nguồn (xa trạm biến áp phân phối), vì thế dòng điện ngắn mạch qua chúng nhỏ, nên không cần kiểm tra các đại lượng liên quan đến dòng ngắn mạch.

- Đường dây có nhiều cấp bảo vệ phải chú ý đảm bảo điều kiện cắt chọn lọc (cầu chì cấp trên phải làm việc sau cầu chì cấp dưới);

- Cầu chì không những phải chịu được dòng điện định mức của mạng mà còn phải chịu được các dòng đỉnh nhọn khi đang cắt máy biến áp không tải hoặc khi đóng cắt tụ vào mạng, khi mở máy các động cơ,

Hệ số  được đưa vào biểu thức nhằm chọn được Idc nhỏ nhất mà cầu chì vẫn đảm bảo làm việc bình thường, tin cậy, đảm bảo độ nhạy.

 - được chọn theo tình hình cụ thể của phụ tải và phụ thuộc vào tình hình mang tải của nó Nếu lúc khởi động động cơ được mang tải nặng nề, thì quá độ khởi động sẽ tồn tại lâu hơn, hệ số này cần chọn nhỏ đi Cụ thể quy định như sau đối với hệ số :

  2,5 - với các động cơ không đồng bộ mở máy không tải   1,6 2 - với động cơ mở máy có tải.

  1,6 - với động cơ mở máy nặng nề, với máy biến áp hàn,

3.1.3 Aptomat

Aptomat là thiết bị đóng cắt hạ áp có chức năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch.

Do có ưu điểm hơn hẳn cầu chì là khả năng làm việc chắc chắn, tin cậy, an toàn, đóng cắt đồng thời 3 pha và có khả năng tự động hoá cao nên aptomat mặc dù có giá đắt hơn vẫn ngày càng được dùng rộng rãi trong lưới điện hạ áp công nghiệp, dịch vụ cũng như lưới điện sinh hoạt.

Aptomat được chế tạo với các điện áp khác nhau: 400V, 440V, 600V, 690V.

Người ta cũng có thể chế tạo các loại aptomat 1 pha, 2 pha, 3 pha với số cực khác nhau: 1 cực, 2 cực, 3 cực, 4 cực.

Ngoài aptomat thông thường, người ta còn chế tạo loại aptomat chống rò điện Loại này tự động cắt mạch điện nếu dòng rò có trị số 30mA hoặc 300mA tuỳ loại

Chọn aptomat thông thường, người ta còn chế tạo loại aptomat chống rò điện Loại này tự động cắt mạch điện nếu dòng rò có trị số 30mA hoặc 300mA

Trong thực tế, thường chọn giá trị dòng định mức của aptomat lớn hơn giá trị dòng làm việc khoảng 20% Hiện tượng xảy ra do sau khi có điện trở lại, tất cả thiết bị điện khởi động cùng lúc, các thiết bị có công suất lớn hơn như: máy điều hoà không khí, tủ lạnh, máy giặt cùng khởi động, nên tổng dòng là rất lớn từ 3 - 10 lần so với lúc hoạt động ổn định tác động đến aptomat bảo vệ Vì thế khi bị cúp điện nên ngắt tất cả các thiết bị điện có công suất lớn, sau khi có điện

3.1.4 Tính toán ngắn mạch phía tủ điện

Tổng trở tương đương sơ đồ (tổng trở từ máy biến áp phân phối đến điểm

Vì dòng điện tổng dựa theo công suất tính toán, với điều kiện tất cả các thiết bị đều bật, như vậy, có thể coi dòng điện tổng là dòng làm việc max Ilvmax.

3.2.1 Lựa chọn cầu dao

3.2.3 Lựa chọn dây dẫn tủ điện chính

Tra bảng Phụ lục 21 Dây điện cách điện XLPE tài liệu [6], ta chọn dây điện lực bọc XLPE 630 mm2, dòng điện định mức 1019 (A) Cụ thể:

Sử dụng dây cáp điện Việt Nam Cadivi Thông số kỹ thuật trên trang chủ Cavidi.vn:

Cáp AXV - 1 đến 4 lõi

Tiết diện danh nghĩa: 630 mm2

Đường kính ruột gần đúng: 30,20 mm

Trong điều kiện ngắn mạch, dây cáp điện có tổng chiều dài 100 m 0,1 km , suy ra tổng trở của toàn đường dây:

3.3 Sơ đồ cấp điện

3.3.1 Sơ đồ cấp điện cho các tầng

3.3.2 Sơ đồ cấp điện tầng hầm

3.3.3 Sơ đồ cấp điện tầng 1 đến 3

3.3.4 Sơ đồ cấp điện tầng 4 đến 10

3.3.5 Sơ đồ cấp điện tầng 11

CHƯƠNG 4 Tính toán chống sét và nối đất4.1 Tính toán chống sét

4.1.1 Cơ sở lí thuyết4.1.1.1 Khái niệm về sét:

Trong khí quyển, giữa các đám mây khi tích điện trái dấu sẽ sinh ra sự phóng điện Trước khi có sự phóng điện của sét, đã có sự phân chia và tích lũy điện tích rất cao trong các đám mây giông, do tác động của các luồng khí nóng bốc lên và hơi nước ngưng tụ trong các đám mây Điện thế chênh lệch giữa các đám mây với đất rất lớn có thể đạt tới trị số hàng chục, thậm chí hàng trăm triệu volt Khi sự chênh lệch điện thế này đủ lớn nó sẽ đánh thủng lớp không khí ngăn cách nó với mặt đất, lúc này xảy ra hiện tượng phóng điện giữa các đám mây và mặt đất tạo nên tia lửa điện lóe sáng và kèm theo tiếng nổ dữ dội – gọi là sét.

a Sự cần thiết của việc phòng chống sét:

Các công trình có nguy cơ cháy nổ cao như nhà máy sản xuất thuốc nổ, kho chứa nhiên liệu hoặc tương đương cần sự bảo vệ cao nhất khỏi các nguy cơ bị sét đánh [5].

Đối với các công trình khác, cần cân nhắc xem liệu có cần chống sét hay không Trong nhiều trường hợp, yêu cầu cần thiết phải chống sét là rõ ràng, ví dụ:

- Nơi tụ họp đông người.

- Nơi cần phải bảo vệ các dịch vụ công cộng thiết yếu - Nơi mà quanh khu vực đó thường xuyên xảy ra sét đánh - Nơi có các kết cấu rất cao hoặc đứng đơn độc một mình - Nơi có các công trình có giá trị văn hóa hoặc lịch sử.

Cũng có một số yếu tố không thể đánh giá được và chúng có thể bao trùm lên tất cả các yếu tố khác Ví dụ như yêu cầu không xảy ra các nguy cơ có thể tránh được đối với cuộc sống của con người hoặc là việc tất cả mọi người sống trong tòa nhà luôn cảm thấy được an toàn có thể quyết định cần có hệ thống chống sét, mặc dù thông thường thì điều này là không cần thiết.

Không có bất cứ hướng dẫn cụ thể nào cho những vấn đề như vậy nhưng có thể tiến hành đánh giá căn cứ vào xác suất sét đánh vào công trình với những yếu tố sau:

- Công năng của tòa nhà.

- Tính chất của việc xây dựng tòa nhà đó.

- Giá trị của vật thể trong tòa nhà hoặc những hậu quả do sét đánh gây ra - Vị trí tòa nhà.

- Chiều cao công trình.

Trong những trường hợp cần thiết có thể tham khảo thông tin trong các tài liệu chuyên ngành hoặc tham khảo ý kiến từ các chuyên gia có kinh nghiệm.

b Phân loại công trình cần được bảo vệ:

Cấp I – những công trình, trong đó có tỏa ra các chất khí hoặc hơi cháy, cũng như các bụi hoặc sợi cháy dễ dàng chuyển sang trạng thái lơ lửng và có khả năng kết hợp với không khí hoặc các chất oxy hóa khác tạo thành các hỗn hợp nỗ, có thể xảy ra ngay trong điều kiện làm việc bình thường kể cả điều kiện làm việc bình thường ngắn hạn (mở hoặc đóng các thiết bị chứa hoặc rót các chất dễ bắt lửa hoặc các chất lỏng cháy qua lại các bình để hở, v.v ) Khi xảy ra nổ sẽ gây ra những phá hoại lớn và làm chết người.

Cấp II – Những công trình, trong đó có tỏa ra các chất khí, hơi, bụi hoặc sợi cháy và có khả năng kết hợp với không khí hoặc các chất oxy hóa khác tạo thành các hỗn hợp nổ Nhưng khả năng này chỉ xảy ra khi có sự cố hoặc làm sai