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

BỘ CÔNG THƯƠNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

1 Nông Xuân Hội

2 Nguyễn Văn Sơn

3 Trần Thanh Vượng

201760363220206073612020605188

Hà Nội - 2022

LỜI MỞ ĐẦUNhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng nhanh, công nghiệp điện lực đóngvai trò thiết yếu Bởi vậy, chúng ta cần đưa ra giải pháp cung cấp nguồn nănglượng điện để phục vụ và nâng cao chất lượng sống Trong khuôn khổ Đồ ánThiết kế hệ thống cung cấp điện, chúng em thực hiện với đối tượng là toà nhàthương mại kết hợp căn hộ cho thuê.

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

Dù cố gắng tìm hiểu và nỗ lực cụ thể hoá vấn đề, song do hạn chế về hiểubiết và thời gian nên không thể tránh khỏi thiếu sót Kính mong thầy, cô và bạn

bè đón nhận trên tinh thần tham khảo

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI 5

1.1 Cơ sở lý thuyết 5

1.1.1 Hệ số sử dụng Ksd 5

1.1.2 Hệ số đồng thời Kđt 6

1.1.3 Tính toán phụ tải tính toán Ptt theo hệ số sử dụng Ksd và Kđt 6

1.2 Xác định phụ tải điện 7

1.2.1 Chiếu sáng 7

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

1.4 Tính toán cho tầng 4 đến 10: 18

1.4.1 Tính toán phụ tải ổ cắm 18

1.4.2 Tính toán tầng 11 19

1.5 Tính toán phụ tải toàn tòa nhà 20

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

2.2.3 So sánh 2 phương án 24

2.2.4 Lựa chọn 2 phương án 24

CHƯƠNG 3 THIẾT LẬP SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN VÀ LỰA CHỌN CÁC PHẦN TỬ TRONG SƠ ĐỒ 25

3.1 Cơ sở lý thuyết 25

3.1.1 Cầu dao hạ áp 25

3.1.2 Cầu chì hạ áp: 26

3.1.3 Aptomat 27

3.1.4 Tính toán ngắn mạch phía tủ điện 28

3.2 Lựa chọn thiết bị 28

3.2.1 Lựa chọn cầu dao 29

3.2.2 Lựa chọn cầu chì hạ áp 29

3.2.3 Lựa chọn dây dẫn tủ điện chính 29

3.2.4 Lựa chọn aptomat 30

3.3 Sơ đồ cấp điện 31

3.3.1 Sơ đồ cấp điện cho các tầng 31

CHƯƠNG 4 Tính toán chống sét và nối đất 34

4.1 Tính toán chống sét 34

4.1.1 Cơ sở lí thuyết 34

4.1.2 Tính toán hệ thống chống sét cho tòa nhà 38

4.2 Tính toán hệ thống nối đất 45

4.2.1 Cơ sở lí thuyết 45

4.2.2 Tính toán hệ thống nối đất cho tòa nhà 49

CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI

1.1 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 cơ) và sử dụng các hệ số sau:

1.1.1 Hệ số sử dụng K sd

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 đêm…)

Đối với một thiết bị:

tb sd

dm

PK

P

Đối với một nhóm thiết bị:

n tbi

P

1.1.2 Hệ số đồng thời K đt

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

1.1.3 Tính toán phụ tải tính toán P tt theo hệ số sử dụng K sd và K đt

Dòng điện định mức của từng thiết bị:

3 dm dm

dm

P 10I

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 (cái), cos  0,75

Suy ra:

tan   0,88; η  0,9; kđt  0,9; ksd  0,5

sd dt tb tt

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

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

Bảng 1.2Dựa vào bảng tính toán 1.7 và do hệ số đồng thời kđt  0,9

Suy ra tổng công suất:

tt

S 0,9.46,12 41,508 (kVA)

dmi i tb

dmi

P coscos

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

Kđt 1

sd dt tb tt

Ta có:

Tủ điện quạt thông gió

Phụ tải

Sốlượng

 cos tan  Công suất (kVA) Công suất

tổng (kVA)

PhaA

PhaB

PhaC

Hệ số đồng thời kđt  1

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; cos 0,8; tan   0,75

Áp dụng công thức (1.11) cho động cơ thang máy:

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)

tb

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)

Hệ số đồng thời Kđt  0,9

Suy ra công suất tính toán: Stt 0,9.357,2 321,48 (kVA)

cos 0,8

PhaCĐèn chiếu sáng

khẩn cấp 2 x 8

W

18

0,9

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

Áp dụng công thức (1.10) và (1.13):

sd dt tb tt

 cos tan  Công suất (VA) suất tổngCông

Hệ số đồng thời Kđt  1

Suy ra công suất tính toán Stt 18,898 (kVA)

tb

cos 0,96

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

xuất tổng(VA)

PhaA

PhaB

PhaCThang máy số 1

Hệ số đồng thời Kđt  1

Suy ra công suất tính toán: Stt 67,5 (kVA)

tb

cos 0,75

1.3.4 Khu thương mại

cos tan  Công suất (VA) suất tổngCông

(VA)Pha A Pha B PhaC

Máy lạnh 4,5 HP

20,9

1.4.1.1 Tính toán phụ tải máy lạnh

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

1.4.2 Tính toán tầng 11

Loại căn

Sốlượng  cos tan 

Công suất(VA)

1.5 Tính toán phụ tải toàn tòa nhà

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

(kVA)Toàn bộ toà nhà Chiếu sáng

0,9

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

thời (Kđt)

Công suấtđặt (kVA)

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

2.1 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 cầusau:

- Đảm bảo chất lượng điện năng, tức là đảm bảo tần số và điện áp nằmtrong phạm vi cho phép

- Đảm bảo độ tin cậy, tính liên tục cung cấp điện phù hợp với yêu cầu củaphụ tải

- 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, nguồnđiện, sơ đồ cung cấp điện, phương thức vận hành Các vấn đề này có ảnhhưởng trực tiếp đến vận hành, khai thác và phát huy hiệu quả của hệ thống cungcấp điện Đồng thời, phải tiến hành so sánh giữa các phương án đã được đề ra vềphương diện kinh tế - kỹ thuật Bên cạnh đó, phải kể đến yêu cầu về phát triểnkinh 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 côngtrình 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 vớicông suất yêu cầu từ lưới điện

Các nhà chung cư cao tầng thông thường thì chỉ có các phụ tải được ưutiên 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 đốivới các phụ tải điện do ban quản lý toà nhà chịu trách nhiệm trả tiền điện Đồngthời mỗi căn hộ và mỗi khu dịch vụ cho thuê riêng biệt cần có các công tơ đođiện riêng biệt, để thuận tiện cho việc tính toán tiền điện cho mỗi căn hộ chothuê 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 điện

2.2.1 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 loạiphụ tải, các dây phân phối đi đến các tầng

Chiều cao từ tầng hầm đến tầng 11:

h  42,1 (m)

Bảo trì, sửa chữa: Phương án hai có tỏ ra ưu việt hơn, bởi có ít tủ điện vàtập 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 tínhkinh 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 PHẦN TỬ TRONG SƠ ĐỒ

1 Cầu dao (thường, không tải): Làm nhiệm vụ cách ly, đóng cắt không tảihoặc 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 lylàm 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 daophụ tải

Ngoài ra, cũng chế tạo bộ cầu dao - cầu chì theo thể loại: Bộ cầu dao - cầuchì 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 (xatrạm biến áp phân phối), vì thế dòng điện ngắn mạch qua chúng nhỏ, nên khôngcần kiểm tra các đại lượng liên quan đến dòng ngắn mạch

dn dc

  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 ngắnmạch

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 aptomatmặc dù có giá đắt hơn vẫn ngày càng được dùng rộng rãi trong lưới điện hạ ápcông 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 sốcực khác nhau: 1 cực, 2 cực, 3 cực, 4 cực

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

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

Chọn aptomat theo 3 điều kiện sau:

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 điểmngắn mạch):

PS

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 dâyđiện 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 chủCavidi.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 đất

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 haykhông Trong nhiều trường hợp, yêu cầu cần thiết phải chống sét là rõ ràng, vídụ:

- 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 trùmlên tất cả các yếu tố khác Ví dụ như yêu cầu không xảy ra các nguy cơ có thểtránh được đối với cuộc sống của con người hoặc là việc tất cả mọi người sốngtrong tòa nhà luôn cảm thấy được an toàn có thể quyết định cần có hệ thốngchống 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 nhữngyếu 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 tàiliệu 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 cókhả năng kết hợp với không khí hoặc các chất oxy hóa khác tạo thành các hỗnhợp nỗ, có thể xảy ra ngay trong điều kiện làm việc bình thường kể cả điều kiệnlàm việc bình thường ngắn hạn (mở hoặc đóng các thiết bị chứa hoặc rót cácchất 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 hoặcsợi cháy và có khả năng kết hợp với không khí hoặc các chất oxy hóa khác tạothành các hỗn hợp nổ Nhưng khả năng này chỉ xảy ra khi có sự cố hoặc làm sai

Ghi chú: một công trình cấp III (theo nguyên tắc phân cấp ở trên) nhưng

có tầm quan trọng đặc biệt về chính trị hoặc kinh tế thì được phép nâng lên cấp

II (Ví dụ: Nhà Quốc hội, đài phát thanh, nhà máy điện, nhà ở và làm việc củalãnh tụ…)

Hệ thống chống sét lan truyền thường bao gồm các thiết bị sau:

- Thiết bị cắt sét 1 pha, thiết bị cắt sét 3 pha, thiết bị cắt lọc sét 1 pha vàthiết bị cắt lọc sét 3 pha

- Thiết bị chống sét trên đường tín hiệu, viễn thông

- Cáp thoát sét

- Thiết bị đếm sét

- Hộp kiểm tra điện trở tiếp đất

- Hệ thống tiếp địa chống sét lan truyền

d Các phương pháp chống sét

Phương pháp lồng Faraday

Là lồng kim loại bao kín khu vực bảo vệ Theo lý thuyết sóng điện từ, đây

là phương pháp lý tưởng để phòng chống sét Phương pháp chống sét này được

sử dụng để bảo vệ một số khu vực đặc biệt như nơi chứa thuốc nổ, hạt nhân Tuynhiên, phương pháp này khá tốn kém và không khả thi khi áp dụng cho tất cả