Bài giảng Cấp điện Công trình Xây dựng

V trí ca môn hc cung câp ñien công trình Là môn hc vê thiêt kê he thông cung câp ñien cho các công trình kiên trúc bao gômcác noi dung: xác ñnh ph ti ñien, la chn nguôn ñien, la chn thiêt b và bô trí chúngtrong công trình sao cho h p lý, an toàn, tiêt kiem và tham my. Yêu câu ñat ra ñôi v%i ngưi thiêt kê: biêt nguyên tac la chn thiêt b, tìm hieu tínhnăng c+a các thiêt b ñien thông thưng, xác ñnh ñư c kêt câu và kích thư%c c+a chúng. Cung câp ñien: là mot chuyên ngành rong, ñôi tư ng nghiên c,u ch+ yêu là các ph tiñien và sơ ñô cung câp ñien.Cung câp ñien công trình: ch. là mot chuyên ngành hp trong chuyên ngành cung câpñien

D H K T D N

D H K T D N

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ðẦU: 5

NHỮNG VẤN ðỀ CHUNG VỀ CẤP ðIỆN TRONG CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG 5

1 Vị trí của môn học cung cấp ñiện công trình 5

2 Khái quát về hệ thống cung cấp ñiện 5

3 Các khái niệm cơ bản: 6

3.1 Các tham số cơ bản của mạch ñiện: 6

3.2 Các loại dây dẫn trong mạng ñiện công trình: 7

3.3 ðiện áp (U): 8

3.4 Nguồn ñiện áp (U nguồn ): 8

3.5 ðiện áp ñịnh mức của lưới ñiện: 8

3.6 Công suất: 9

3.7 Dòng ñiện (I): 10

3.8 Hệ số công suất cosϕ: 10

3.9 ðiện năng (A): 11

3.10 Ngắn mạch: 11

3.11 Quá tải 12

3.12 Hiện tượng rò ñiện: 12

CHƯƠNG 1 13

PHỤ TẢI ðIỆN CÔNG TRÌNH 13

1.1 Phân loại phụ tải ñiện công trình 13

1.1.1 Phân loại theo quy mô sử dụng 13

1.1.2 Phân loại theo chức năng sử dụng ñiện 13

1.2 Các ñại lượng dùng ñể xác ñịnh nhu cầu phụ tải ñiện: 14

1.2.1 Công suất ñịnh mức của thiết bị (P ñm ) 14

1.2.2 Công suất ñặt của thiết bị 14

1.2.3 Suất phụ tải ñiện 15

1.2.4 Cường ñộ dòng ñiện ñịnh mức của thiết bị: 15

1.2.5 Phụ tải tính toán của công trình P tt 15

1.2.6 Các phương pháp xác ñịnh phụ tải tính toán của công trình 17

1.3 Xác ñịnh Ptt một số công trình ñiển hình: 18

1.3.1 P tt của các phụ tải chiếu sáng: 18

1.3.2 P tt của phụ tải nhà ở gia ñình, căn hộ, biệt thự ñộc lập: 18

1.3.3 P tt của phụ tải nhà công cộng 19

1.3.4 P tt của phụ tải nhà công nghiệp 20

1.4 Tìm hiểu các ñộng cơ ñiện không ñồng bộ - loại phụ tải ñiện phổ biến nhất: 21

1.5 Biểu ñồ mật ñộ phụ tải ñiện và tâm hình học của nó: 22

1.5.1 Biểu ñồ mật ñộ phụ tải ñiện 22

1.5.2 Tâm hình học của phụ tải ñiện: 22

CHƯƠNG 2 24

NGUỒN ðIỆN CẤP CHO CÔNG TRÌNH 24

2.1 Tổng quan về các loại nguồn ñiện cấp cho công trình 24

2.2 Những yêu cầu cơ bản của nguồn ñiện cấp cho công trình 24

2.3 Máy biến áp: 25

2.3.1 Cấu tạo chung của máy biến áp cấp ñiện công trình: 25

2.3.2 Một số khái niệm và ký hiệu của MBA : 27

2.3.3 Nguyên lý làm việc của máy biến áp 28

2.3.4 Máy biến áp một pha: 29

2.3.5 Máy biến áp ba pha: 29

2.3.6 Lựa chọn máy biến áp cấp ñiện cho công trình: 30

2.4 Máy phát ñiện diezen 31

2.4.1 Cấu tạo máy phát ñiện diezen: 31

2.4.2 Nguyên lý làm việc của máy phát diezen 33

D H K T D N

2.4.3 Ký hiệu máy phát ựiện diezen trên sơ ựồ ựiện 33

2.4.4 Lựa chọn máy phát ựiện: 33

2.5 Bộ lưu ựiện UPS (Uninterruptible Power Supply) : 34

2.5.1 Các thành phần UPS: 34

2.5.2 Các thông số UPS 34

2.5.3 Nguyên lý làm việc của UPS: 35

2.5.4 Các ựặc ựiểm của UPS: 36

2.5.5 Lựa chọn UPS: 36

2.6 Kết cấu và không gian ựặt trạm biến áp công trình: 36

2.6.1 Trạm biến áp treo trên cột: 37

2.6.2 Trạm biến áp ựặt trên nền: 37

2.6.3 Trạm biến áp trong nhà: 38

2.6.4 Trạm biến áp Ki-ôt 39

2.6.5 Trạm biến áp ngầm 39

2.7 đóng cắt và bảo vệ trạm biến áp công trình: 40

2.7.1 Bảo vệ và ựóng cắt phắa cao áp 40

2.7.2 Bảo vệ và ựóng cắt phắa hạ áp 43

2.8.Các sơ ựồ nối dây ựiển hình của nguồn ựiện công trình 44

2.8.1 Sơ ựồ một nguồn cung cấp, không có dự phòng: 44

2.8.2 Sơ ựồ hai nguồn cung cấp kiểu mạch vòng, không có dự phòng: 45

2.8.3 Sơ ựồ hai nguồn cung cấp kiểu mạch kép, không có dự phòng: 46

2.8.4 Sơ ựồ nguồn ựiện công trình có dự phòng: 46

CHƯƠNG 3 49

THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI CUNG CẤP điỆN 49

3.1 Khái niệm chung 49

3.2 Sơ ựồ ựiện nguyên lý 49

3.2.1 Khái niệm: 49

3.2.2 Các loại sơ ựồ ựiện nguyên lý: 49

3.3 Ký hiệu thiết bị ựiện chắnh trên sơ ựồ nguyên lý 55

3.4 Phân loại mạng ựiện công trình 56

3.4.1 Mục ựắch 56

3.4.2 Các loại mạng ựiện công trình: 57

3.5 Mặt bằng bố trắ ựiện công trình 59

3.6 Xác ựịnh Sơ ựồ cấp ựiện 59

3.6.1 Xác ựịnh Sơ ựồ cấp ựiện ngoài nhà: 59

3.6.2 Xác ựịnh Sơ ựồ ựường trục cấp ựiện trong nhà: 62

3.6.3 Xác ựịnh Sơ ựồ mạng ựiện trong căn hộ: 65

3.7 Kết cấu mạng ựiện công trình 66

3.7.1 Dây dẫn ựiện: 66

3.7.2 đặt dây dẫn ựiện ngoài nhà: 70

3.7.3 đặt dây dẫn ựiện trong nhà: 75

3.7.4 đặt tủ ựiện phân phối trong công trình: 79

3.7.5 Các thiết bị ựóng cắt và bảo vệ: 81

3.8 Chọn tiết diện dây dẫn ựiện 86

3.8.1 Chọn dây ựiện theo ựiều kiện phát nóng cho phép: 86

3.8.2 Chọn dây ựiện theo ựiều kiện tổn thất ựiện áp: 91

3.8.3 Một số lưu ý khi chọn dây ựiện: 93

3.8.4 Tiết diện dây ựiện chuẩn và thiết bị bảo vệ cấp cho các thiết bị gia dụng (theo kinh nghiệm, dùng ựể tham khảo): 94

3.9 Chọn thiết bị ựóng cắt và bảo vệ (aptomat, cầu chì, RCD) 95

3.10 Tự ựộng hoá mạng ựiện trong nhà 96

3.10.1 Mạch ựiện chiếu sáng cầu thang (ựóng cắt từ 2 vị trắ): 96

3.10.2 Mạch ựiện chiếu sáng hành lang (ựóng cắt từ nhiều vị trắ): 97

3.10.3 điều khiển mạch ựiện bằng rơle thời gian 98

D H K T D N

3.10.4 ðiều khiển mạch ñiện bằng thiết bị không dây 98

3.10.5 Ý tưởng ngôi nhà thông minh 99

CHƯƠNG 4 100

CHỐNG SÉT CHO CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG 100

4.1 Hiện tượng sét và hậu quả của nó ñối với công trình xây dựng 100

4.1.1 Hiện tượng sét: 100

4.1.2 Hậu quả của sét: 103

4.2 Yêu cầu chống sét cho công trình 103

4.3 Chống sét ñánh thẳng 103

4.3.1 Hệ thống chống sét Franklin 104

4.3.2 Hệ thống thu sét chủ ñộng: 113

4.4 Nối ñất chống sét 116

CHƯƠNG 5 117

AN TOÀN ðIỆN 117

5.1 Những vấn ñề chung về an toàn ñiện: 117

5.1.1 Tác dụng của dòng ñiện khi chạy qua cơ thể người 117

5.1.2 Các trạng thái nguy hiểm khi cơ thể người bị ñiện giật: 118

5.1.3 Dòng ñiện chạm ñất và ñiện áp bước: 119

5.1.4 ðiện áp tiếp xúc: 120

5.1.5 ðiện áp cho phép: 120

5.2 Nguyên nhân xảy ra tay nạn về ñiện trong hoạt ñộng sử dụng ñiện 121

5.3 Các biện pháp kỹ thuật bảo vệ an toàn trong hoạt ñộng sử dụng ñiện 121

5.3.1 Kiểm tra cách ñiện ñịnh kỳ và thường xuyên 121

5.3.2 Bảo vệ bằng biện pháp nối ñất vỏ thiết bị 121

5.3.3 Bảo vệ bằng biện pháp nối vỏ thiết bị với dây trung tính của lưới ñiện 123

5.3.4 Bảo vệ bằng biện pháp lắp thiết bị tự ñộng phát hiện và cách ly sự cố 124

5.4 Tính toán ñiện trở của hệ thống nối ñất 124

5.4.1 ðiện trở suất của ñất 124

5.4.2 ðiện trở nối ñất của một cọc 125

5.4.3 ðiện trở nối ñất của một thanh 125

5.4.4 ðiện trở nối ñất của hệ thống gồm nhiều cọc liên kết 125

5.5 Sơ cấp cứu người bị ñiện giật 127

5.5.1 Tách nạn nhân ra khỏi nguồn ñiện 127

5.5.2 Các phương pháp sơ cứu 127

5.6 Những phương tiện và dụng cụ cần thiết cho an toàn ñiện 129

5.6.1 Phương tiện bảo vệ và dụng cụ kiểm tra ñiện cho người khi làm việc 129

5.6.2 Thiết bị thử ñiện di ñộng 130

5.6.3 Thiết bị bảo vệ nối ñất tạm thời di ñộng 130

5.6.4 Những cái chắn tạm thời di ñộng, nắp ñậy bằng cao su 130

5.6.5 Bảng báo hiệu 130

CHƯƠNG 6 131

CHIẾU SÁNG NHÂN TẠO BÊN TRONG CÔNG TRÌNH 131

6.1 Các khái niệm cơ bản 131

6.1.1 Quang thông Φ: 131

6.1.2 ðộ rọi E: 131

6.1.3 Cường ñộ sáng I 132

6.1.4 ðộ chói L 132

6.1.5 Hệ số phản xạ ρ 133

6.1.6 Nhiệt ñộ màu của nguồn sáng 134

6.1.7 Nguồn sáng 134

6.1.8 Máng ñèn, chụp ñèn 136

6.1.9 Bộ ñèn 136

6.2 Trình tự thiết kế chiếu sáng nội thất 140

6.2.1 Chọn ñộ rọi 140

D H K T D N

6.2.2 Chọn bóng ñèn (nguồn sáng) 141

6.2.3 Chọn bộ ñèn 141

6.2.4 Thiết kế chiếu sáng theo phương pháp hệ số lợi dụng quang thông .142

6.2.5 Bố trí ñèn 146

PHẦN BÀI TẬP 150

BÀI TẬP CHƯƠNG 1 150

BÀI TẬP CHƯƠNG 3 159

BÀI TẬP CHƯƠNG 4 163

BÀI TẬP CHƯƠNG 5 166

BÀI TẬP CHƯƠNG 6 167

D H K T D N

PHẦN MỞ ðẦU:

NHỮNG VẤN ðỀ CHUNG VỀ CẤP ðIỆN TRONG CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

1 Vị trí của môn học cung cấp ñiện công trình

- Là môn học về thiết kế hệ thống cung cấp ñiện cho các công trình kiến trúc bao gồm các nội dung: xác ñịnh phụ tải ñiện, lựa chọn nguồn ñiện, lựa chọn thiết bị và bố trí chúng trong công trình sao cho hợp lý, an toàn, tiết kiệm và thẩm mỹ

- Yêu cầu ñặt ra ñối với người thiết kế: biết nguyên tắc lựa chọn thiết bị, tìm hiểu tính năng của các thiết bị ñiện thông thường, xác ñịnh ñược kết cấu và kích thước của chúng

- Cung cấp ñiện: là một chuyên ngành rộng, ñối tượng nghiên cứu chủ yếu là các phụ tải ñiện và sơ ñồ cung cấp ñiện

Cung cấp ñiện công trình: chỉ là một chuyên ngành hẹp trong chuyên ngành cung cấp ñiện

2 Khái quát về hệ thống cung cấp ñiện

Hệ thống ñiện = nguồn ñiện + mạng lưới truyền tải + phụ tải ñiện

- Nguồn ñiện : Là nơi phát ra ñiện năng (máy phát ñiện,…)

- Mạng lưới ñiện : có nhiệm vụ truyền tải và phân phối ñiện năng , bao gồm ñường dây dẫn ñiện, máy biến áp,

- Phụ tải: Là nơi tiêu thụ ñiện như các nhà máy, xí nghiệp, nhà ở, cơ quan,…

- Hệ thống cấp ñiện công trình là một bộ phận của hệ thống ñiện quốc gia và có những ñặc ñiểm riêng sau:

+ Là hệ thống cung cấp ñiện trực tiếp ñến phụ tải tiêu thụ ñiện

+ Nguồn ñiện : Máy biến áp, máy phát ñiện diezen, bộ lưu ñiện UPS

+ ðường dây dẫn ñiện: có thể là cáp bọc, cáp ngầm, dây ñiện trần

ðường dây dẫn ñiện trần là ñường dây ñiện ñi trên không, dây dẫn ñược ñỡ bằng hệ thống sứ, xà, cột ðường dây này có chi phí ñầu tư rẻ nhất nhưng ñộ an toàn kém nhất nên chỉ sử dụng cho vùng nông thôn, nơi có mật ñộ dân cư thưa thớt, ñất ñai rộng nên có khả năng dành hành lang cho ñường dây ñiện ñi qua

ðường dây cáp bọc cũng là ñường dây dẫn ñiện ñi trên không, dây dẫn ñược ñỡ bằng hệ thống sứ, xà, cột Tuy nhiên dây dẫn ñiện ñược bọc cách ñiện (bằng cao su, nhựa PVC hay XLPE) ðường dây này có chi phí ñầu tư ñắt hơn ñường dây trần nhưng ñổi lại có ñộ an toàn cao hơn, hành lang của nó chiếm ít ñất và nó dùng cho các ñô thị

ðường cáp ngầm chi phí ñầu tư ñắt nhất, an toàn nhất, mỹ quan nhất vì nó haonf toàn nằm dưới mặt ñất Do chi phí quá ñắt nên nó chỉ dùng cho các tuyến phố chính của ñô thị + Phụ tải : thiết bị tiêu thụ ñiện = ñèn ñiện, tủ lạnh, máy giặt,…

Phụ tải ñiện công trình có ñiện áp < 1000V

Do cung cấp ñiện trực tiếp ñến phụ tải ñiện nên muốn thiết kế, vận hành hệ thống cấp ñiện công trình ñòi hỏi người kỹ sư phải am hiểu về thiết bị, am hiểu quy trình công nghệ của máy móc ñể xác ñịnh ñược ñộ lớn của phụ tải ñiện

- Cấp ñiện áp của hệ thống ñiện Quốc gia:

D H K T D N

+ Hệ thống ñiện Quốc gia có nhiều cấp khác nhau phù hợp với bán kính cấp ñiện và khả năng truyền tải 500; 220; 110; 66; 35; 22; 15; 6; 0,4 kV

Cấp ñiện áp 500, 220kV gọi là cấp truyền tải vì nhiệm vụ chủ yếu của nó là dẫn năng lượng từ nơi sản xuất ñiện năng ñến nơi tiêu thụ ñiện năng Ở cấp này không có thiết bị tiêu thụ ñiện trực tiếp Cơ quan quản lý hệ thống truyền tải là Tổng công ty truyền tải ñiện quốc gia, bao gồm 4 công ty truyền tải ñiện trực thuộc tương ứng với 4 vùng của cả nước Cấp ñiện áp truyền tải mang tính ñộc quyền tự nhiên do Nhà nước quản lý và có quốc gia nào tư nhân hoá hệ thống này

Cấp ñiện áp từ 110kV trở xuống gọi là cấp ñiện áp phân phối vì nhiệm vụ của nó là cung cấp ñiện năng trực tiếp cho các thiết bị tiêu thụ ñiện hoặc các phụ tải ñiện Cấp ñiện áp này

do các công ty ñiện lực quản lý vận hành Cấp ñiện áp phân phối có thể ñược tư nhân hoá hoặc có nhiều ñơn vị tham gia bán ñiện cạnh tranh nhau Theo lộ trình phát triển ngành ñiện,

dự kiến sau năm 2014 sẽ tiến hành thí ñiểm cạnh tranh bán lẻ ñiện

+ Hệ thống cấp ñiện công trình: chỉ có duy nhất một cấp 0,4/0,22 kV và ñược nhận ñiện

từ lưới ñiện quốc gia ở cấp 22, 35 kV hoặc từ máy phát ñiện diezen 0,4kV ñặt trong công trình

- Tần số: theo quy ñịnh của Nhà nước 50Hz

- Vai trò của hệ thống cấp ñiện công trình: là thành phần không thể tách rời của bất kỳ công trình xây dựng nào

- Yêu cầu ñối với hệ thống cấp ñiện công trình :

+ Chất lượng cung cấp ñiện: ðiện áp (±5%), tần số (±0,2Hz)

+ An toàn cung cấp ñiện: người + thiết bị

+ Tin cậy: cấp ñiện liên tục
phụ tải ưu tiên, không ưu tiên,…

+ Kinh tế: Chi phí ñầu tư ít nhất

+ Mỹ quan: phù hợp với ñặc ñiểm cụ thể của mỗi công trình

3 Các khái niệm cơ bản:

3.1 Các tham số cơ bản của mạch ñiện:

- ðiện trở R của ñường dây ñiện: là phần tử tiêu tán công suất ñiện thành nhiệt năng toả vào môi trường xung quanh ðây là phần năng lượng tiêu phí vô ích

Vật liệu làm dây dẫn thường là ñồng và nhôm, trong ñó ñồng dẫn ñiện tốt hơn nhôm Cả

2 loại vật liệu ñều chịu kéo rất kém nên không thể kéo ñi xa, do ñó người ta thường bổ sung thêm lõi bằng thép ñể chịu lực

ðơn vị ño ñiện trở là Ω Ký hiệu ñiện trở trên sơ ñồ ñiện là R

- ðiện kháng cảm XL của ñường dây ñiện: là phần tử không tiêu tán công suất ñiện Nó liên tục tích năng lượng rồi lại phóng trả vào lưới ñiện Cho dù ñường dây dẫn ñiện rất thẳng,

R (Ω)

D H K T D N

không tạo thành hình lò xo nhưng xung quanh nóvẫn tồn tại một từ trường, chính là ñiện cảm

L Trong tính toán người ta dùng thông số ñiện kháng cảm XL.z

ðiện kháng cảm của ñường cáp XL lớn hơn ñường dây trên không

ðơn vị ño ñiện cảm kháng cũng là Ω Ký hiệu trên sơ ñồ ñiện bằng cuộn dây chữ XL

- ðiện kháng dung XC: ðiện dung gây ra ñiện kháng như phần tử L nhưng ngược với L: Khi L phóng thì C nạp và khi L nạp thì C phóng

ðiện kháng dung XC chỉ ñáng kể trong các trường hợp sau:

+ ðường dây có cấp ñiện áp từ 110kV trở lên

+ ðường dây 35kV dài 50km trở lên

+ ðường cáp ñiện lực từ 22 kV trở lên

Ngoài các trường hợp trên, trong tính toán thường lấy XC = 0

ðơn vị ño ñiện cảm kháng cũng là Ω Ký hiệu trên sơ ñồ ñiện bằng cuộn dây chữ XC

3.2 Các loại dây dẫn trong mạng ñiện công trình:

- Dây pha (ký hiệu A, B, C hoặc L1, L2, L3) là dây dẫn dòng ñiện từ nguồn ñến phụ tải

- Dây trung tính là dây dẫn dòng ñiện từ phụ tải trở về nguồn sau khi ñi qua phụ tải, ký hiệu O hoặc N

- Dây nối vỏ an toàn PE ñể nối vỏ các thiết bị ñiện

- ðiện áp ño giữa 2 pha khác nhau gọi là ñiện áp dây của lưới ñiện, ký hiệu Ud

- ðiện áp ño giữa dây pha với dây trung tính (hoặc dây pha với ñất) gọi là ñiện áp pha của lưới ñiện, ký hiệu Up

- Mối quan hệ giữa ñiện áp dây và ñiện áp pha: Ud = 3.Up

Trong công trình xây dựng thường dùng ñiện áp 3 pha có Ud=380V, Up=220V

3.3 ðiện áp (U):

+ ðiện áp giữa 2 ñiểm là hiệu ñiện thế giữa 2 ñiểm ñó: UAB=ϕA-ϕB

ðiện thế ϕA là giá trị ño bằng V giữa ñiểm A và ñiểm ñược chọn làm ñất

+ ðơn vị V, kV

+ Chiều của ñiện áp quy ước từ nơi có ñiện thế cao ñến nơi có ñiện thế thấp

+ Là ñại lượng ñặc trưng cho khả năng tạo ra và duy trì giá trị ñiện áp, không phụ thuộc vào sự biến ñộng của phụ tải

+ Nếu máy biến áp, máy phát ñiện có công suất bé hơn tổng phụ tải tiêu thụ thì nó không phải là nguồn ñiện

3.5 ðiện áp ñịnh mức của lưới ñiện:

Nam châm ñiện

+ Với lưới ñiện 1 pha Uñm là ñiện áp pha

+ Nếu lưới ñiện vừa có thiết bị 1 pha vừa có thiết bị 3 pha thì người ta quy ước Uñm là ñiện áp dây

3.6 Công suất:

+ Công suất tác dụng (P ): là công suất mà thiết bị ñiện tiêu thụ ñể chuyển thành công suất hữu ích khác Công suất hữu ích có thể ở dạng nhiệt (bếp ñiện, lò nung, lò sấy, ), ở dạng cơ năng (ñộng cơ, máy bơm nước, ) ở dạng hoá năng (sạc xe ñạp ñiện, sạc acquy, ñiện phân nhôm, ) và nhiều dạng năng lượng khác

ðơn vị W, kW, MW Quan hệ MW=1000 kW=106W

+ Công suất phản kháng (Q): là công suất tích trữ trong cuộn dây ñiện cảm L của thiết bị ñiện Công suất này không sinh công, các thiết bị ñiện chỉ mượn tạm của lưới ñiện ñể tạo từ trường cho lõi thép, sau ñó hoàn trả lại cho lưới ñiện (quá trình nạp/phóng ñiện liên tục) Các ñộng cơ ñiện là những thiết bị sử dụng nhiều công suất phản kháng và chúng chiếm số lượng khá lớn trong mạng lưới ñiện công trình Các thiết bị ñiện không phải là cuộn dây (lò sấy, lò nung, ) thì Q=0

ðơn vị VAR, kVAR, MVAR

Lò nấu chảy nhôm kiểu ñiện trở

Bếp ñiện kiểu ñiện trở

+ Công suất biểu kiến (S): hay còn gọi là công suất toàn phần ðây là công suất lớn nhất

mà phụ tải ñiện có thể lấy từ lưới ñiện, xác ñịnh bằng công thức S2 = P2 + Q2

ðơn vị VA, kVA, MVA

ðể có sự phân biệt giữa các công suất P, Q, S ta so sánh một cách tượng trưng thông qua hình ảnh cốc bia như sau:

P = Nước bia màu vàng

Q = Bọt bia

S = Dung tích ly bia

Người uống bia muốn uống ñược lượng bia là P bao giờ cũng phải chọn ly bia có dung tích S > P vì còn phần bọt bia Q tràn ra

Tương tự, thiết bị ñiện cũng chỉ tiêu thụ lượng ñiện thực là P nhưng người thiết kế ñiện bao giờ cũng phải thiết kế nguồn cấp là S > P vì còn lượng công suất phản kháng Q trao ñổi với lưới ñiện

3.7 Dòng ñiện (I):

+ Là dòng chuyển dịch có hướng của các ñiện tích

+ ðơn vị A, kA

+ Chiều của dòng ñiện quy ước là chiều chuyển ñộng của ñiện tích dương

+ Dòng ñiện ra khỏi nguồn luôn luôn phải có ñường trở về nguồn

+ Dòng ñiện ñịnh mức Iñm : Là dòng ñiện ứng với chế ñộ làm việc tiêu chuẩn của thiết

bị do nhà chế tạo quy ñịnh Ở chế ñộ tiêu chuẩn, phụ tải ñiện làm việc tối ưu ñạt hiệu suất cao nhất ηmax và tiêu thụ công suất là Pñm

+ Dòng ñiện làm việc Ilv : Là dòng ñiện ứng với chế ñộ làm việc thực tế của thiết bị ñiện Ở chế ñộ thực tế hiệu suất làm việc của thiết bị η<ηmax và công suất tiêu thụ có thể P>Pñm hoặc P<Pñm

Dòng ñiện làm việc xác ñịnh theo biểu thức sau:

3 3

1 1

U S I U

=

=

3.8 Hệ số công suất cosϕϕϕϕ :

Là hệ số nói lên hiệu quả sử dụng công suất tác dụng P của thiết bị Cosϕ càng lớn thì càng tốt

P, Q, S và cosϕ có mối quan hệ theo một tam giác vuông
Gọi là tam giác công suất

Q không thể loại bỏ vì phải có nó mới truyền ñược năng lượng từ lưới ñiện thành cơ năng/nhiệt năng/

Căn cứ vào tam giác vuông này ta có các biểu thức:

S2 = P2 + Q2

Q = P.tgϕ

P = S.cosϕ

Q = S.Sinϕ

Như vậy mỗi phụ tải ñược ñặc trưng bằng một bộ (P,Q,cosϕ) Nếu có 2 phụ tải nối chung

1 ñiểm thì ta coi ñiểm nối chung ñó như 1 phụ tải tổng ñặc trưng bằng bộ số (P,Q,cosϕ) xác ñịnh từ các biểu thức:

P = P1 + P2 Q = Q1 + Q2 S = P2 + Q2 tg Q

P

ϕ =

3.9 ðiện năng (A):

Là năng lượng sinh ra trong một khoảng thời gian ∆t bởi một thiết bị tiêu thụ công suất tác dụng: A = P.∆t

ðiện năng có giá trị tương ñồng với công trong cơ học, nhiệt học,

ðơn vị Wh, kWh, MWh

3.10 Ngắn mạch:

Là hiện tượng dòng ñiện tăng rất cao (gấp hàng chục, hàng trăm thậm chí hàng ngàn lần

so với bình thường) do dây dẫn chạm ñất, do chạm chập giữa các pha,…

ðây là tình trạng sự cố nghiêm trọng của lưới ñiện cần phải loại trừ

Các dạng ngắn mạch: chạm ñất, chập các dây pha, 2 pha chạm ñất,…

Ta thấy S ≠ S1 + S2 do ñó I ≠ I1 + I2

P1

Q1

S1Cosϕ1

P,Q,S

P1,Q1,S1

P2,Q2,S2

D H K T D N

Một số thiết bị ñiện như máy biến áp, cho phép quá tải 40%

Cần hạn chế tình trạng quá tải vì thiết bị sẽ nhanh giảm tuổi thọ

3.12 Hiện tượng rò ñiện:

- Dòng ñiện chạm ñất, chạm vỏ thiết bị, chạm vào cơ thể người nhưng ñiện trở tại ñiểm chạm lớn
Dòng ñiện chạm bé

- Gây nguy cơ cháy nổ, giật chết người nhưng thiết bị tự ñộng không cắt

D H K T D N

CHƯƠNG 1 PHỤ TẢI ðIỆN CÔNG TRÌNH

Phụ tải ñiện là nơi tiêu thụ ñiện năng Khái niệm phụ tải ñiện là khái niệm rất rộng, có thể là các thiết bị ñiện, các hộ gia ñình, các xí nghiệp, các thị xã, thành phố, Trong công trình xây dựng khái niệm phụ tải ñiện có phạm vi hẹp hơn và thường ñồng nhất với thiết bị tiêu thụ ñiện

Việc xác ñịnh ñộ lớn phụ tải ñiện có ý nghĩa quan trọng về mặt kinh tế - kỹ thuật Thật vậy, nếu xác ñịnh phụ tải thiếu thì hệ thống ñường dây ñiện không ñủ cung cấp do bị quá tải Ngược lại nếu xác ñịnh phụ tải thừa dẫn ñến thiết kế hệ thống ñường dây quá dư thừa (như dây to hơn, cột, móng lớn hơn, ) gây lãng phí nguồn vốn ñầu tư

Từ những nhận ñịnh trên ta thấy việc xác ñịnh ñộ lớn phụ tải là quan trọng nhất khi thiết

kế cấp ñiện công trình Tuy nhiên việc xác ñịnh rất phức tạp vì thiết bị ñiện rất ña dạng, thời gian hoạt ñộng của từng thiết bị lại khác nhau và có tính ngẫu nhiên, khó dự báo quy luật hoạt ñộng,… Do ñó công cụ hiệu quả ñể xác ñịnh phụ tải ñiện là xác suất thống kê

1.1 Phân loại phụ tải ñiện công trình

1.1.1 Phân loại theo quy mô sử dụng

- Phụ tải nhỏ: là phụ tải có P < 80kW ; nguồn ñiện cấp cho các phụ tải này là các ñường dây ñiện hạ áp 0,4kV

- Phụ tải trung bình là phụ tải có công suất tác dụng 80kW ≤ P< 2000kW ; nguồn ñiện cấp cho các phụ tải này là trạm biến áp hạ áp 22/0,4kV, 35/0,4kV,

- Phụ tải lớn: là phụ tải có công suất tác dụng P ≥ 2000kW hoặc P nhỏ hơn nhưng nằm ở rất xa lưới ñiện; nguồn ñiện cấp cho các phụ tải này là ñường dây trung áp + trạm biến áp hạ

áp 22/0,4kV, 35/0,4kV,

1.1.2 Phân loại theo chức năng sử dụng ñiện

- Phụ tải ñiện chiếu sáng:

+ Môn học “Quang học kiến trúc” nghiên cứu chi tiết về thiết kế chiếu sáng công trình Do tính chất quan trọng của chiếu sáng bên trong, trong bài giảng này trình bày kỹ nhưng phần chiếu sáng bên ngoài công trình cần tham khảo tài liệu khác

+ Thiết kế phần quang: Tiêu chuẩn ñộ rọi, trang trí, tiện nghi, phù hợp công việc (ánh sáng có thể nhấp nháy, màu sắc bị mất,…)

+ Ở ñây chỉ quan tâm ñến công suất ñiện mà ñèn tiêu thụ

+ Thiết kế phần ñiện: bố trí ñèn, tủ ñiều khiển ñèn, công tắc,…

- Phụ tải ñiện sinh hoạt:

+ Là phụ tải của các thiết bị ñiện phục vụ sinh hoạt của con người (ñiều hoà, ti vi, tủ lạnh, máy giặt, máy tính, máy bơm nước,…)
chủ yếu là ñộng cơ không ñồng bộ và các thiết bị ñiện tử

+ Thiết kế ñiện có nhiệm vụ xác ñịnh vị trí thiết bị, ổ cắm ñiện cho thiết bị di ñộng

- Phụ tải ñiện sản xuất:

+ Là phụ tải cung cấp cho các máy sản xuất: trạm bơm, máy tiện, máy may, băng tải,

lò sấy, lò nung, lò mạ kẽm, lò luyện thép,…

D H K T D N

+ Chủ yếu là ñộng cơ 1 pha và 3 pha, các lò ñiện trở lớn,…

+ Thiết kế ñiện: lập mặt bằng cung cấp ñiện cho thiết bị

1.2 Các ñại lượng dùng ñể xác ñịnh nhu cầu phụ tải ñiện:

- Pñm là công suất tác dụng ñầu ra của thiết bị (chưa kể ñến tổn hao)

Với ñộng cơ: Pñm chính là công suất trên trục cơ

Với lò sấy, lò nung,…Pñm là công suất trên phần tử ñiện trở

- ðơn vị W hoặc HP (sức ngựa) Theo quy ñịnh của Nhà nước về hệ thống ñơn vị ño lường Việt Nam, 1HP = 745,7W

1.2.2 Công suất ñặt của thiết bị

Công suất ñặt là lượng công suất mà nguồn ñiện phải cung cấp cho thiết bị Lượng công suất này gồm Pñm và phần tổn hao trong thiết bị

- Hiệu suất của thiết bị ñiện: η= Pñm/Pñ

Hiệu suất của thiết bị cũng ñược ghi trên nhãn máy Trường hợp không có thì tạm thời chọn η= 0,8÷0,95

- Công thức tính Pñ của thiết bị:

+ Thiết bị ñiện 1 pha: Pñ 1 pha = Up.Ip.cosϕ

+ Thiết bị ñiện 3 pha: Pñ 3pha = 3U I c d osd ϕ

Trong ñó: Up, Ud là ñiện áp pha, ñiện áp dây

Ip , Id là dòng ñiện pha, dòng ñiện dây

cosϕ là hệ số công suất, thường có giá trị trong khoảng 0,8÷0,9

b) Công suất ñặt phản kháng

- Ký hiệu Qñ , ñơn vị VAR, kVAR

- Là công suất vô công mà phụ tải trao ñổi với lưới ñiện Thiết bị ñiện không tiêu thụ công suất này mà chỉ nhận từ lưới ñiện ñể làm nhiễm từ cho lõi thép của ñộng cơ, sau ñó lại trả về lưới ñiện Công suất này chỉ tồn tại trong các thiết bị ñiện có quấn dây (các ñộng cơ ñiện, cuộn ñiện kháng, ) còn trong các lò ñiện trở (ví dụ lò sấy hoa quả, lò nung thép, lò sấy vải, ) không tồn tại công suất này

- Công thức tính:

+ Thiết bị ñiện 1 pha: Qñ 1 pha = Up.Ip.sinϕ

+ Thiết bị ñiện 3 pha: Qñ 3pha = 3.Ud.Id.sinϕ

c) Công suất ñặt biểu kiến

D H K T D N

- Ký hiệu Sñ , ñơn vị VA

- Là công suất lớn nhất mà phụ tải ñiện có thể tiếp nhận từ nguồn ñiện Chính là căn cứ xác ñịnh dung lượng nguồn ñiện cung cấp

- Công thức tính: 2 2

S ñ = P ñ +Q ñ

Nếu thiết bị ñiện chỉ là các lò ñiện trở thì Qñ = 0, do ñó Sñ = Pñ

1.2.3 Suất phụ tải ñiện

Trong thực tế, một số trường hợp thiết kế cung cấp ñiện cho công trình xây dựng, ban ñầu chưa thể có số liệu về số lượng, chủng loại, cách bố trí của từng loại thiết bị ñiện sẽ sử dụng cho công trình Trường hợp này hay xảy ra ở giai ñoạn lập dự án ñầu tư, khi ñó công trình xây dựng chưa có thiết kế chi tiết Với trường hợp này người ta phải tính gần ñúng phụ

tải ñiện dựa vào suất phụ tải P 0

Suất phụ tải ñiện là ñại lượng thống kê dùng ñể xác ñịnh lượng công suất tác dụng phân

bố trên một ñơn vị sản phẩm

ðơn vị P0 (W/m2, W/sản phẩm, W/giường bệnh, W/chỗ ngồi,…)

P0 thường cho trong tiêu chuẩn hoặc các sổ tay thiết kế tuỳ nhóm công trình Hiện nay số liệu này khá phổ biến và số lượng rất ña dạng nên thuận lợi cho công tác thiết kế

Khi biết suất phụ tải thì việc xác ñịnh phụ tải ñiện công trình trở nên ñơn giản rất nhiều:

Ptt = P0.S

Ptt = P0.Số sản phẩm

Ptt = P0.Số giường bệnh,…

1.2.4 Cường ñộ dòng ñiện ñịnh mức của thiết bị:

Cường ñộ dòng ñiện ñịnh mức của thiết bị là dòng ñiện do nguồn cung cấp ñến thiết bị ñiện ở chế ñộ vận hành ñịnh mức

- Loại phụ tải 1 pha:

P I U

U

ñ với phụ tải nhiệt 3 pha

Cần lưu ý rằng phụ tải ñiện hoạt ñộng ở chế ñộ ñịnh mức là chế ñộ lý tưởng Thực tế thiết bị ñiện hoạt ñộng khác với chế ñộ ñịnh mức Ví dụ máy cẩu 15 tấn hoạt ñộng cẩu vật nặng 15 tấn là chế ñộ ñinh mức, nhưng thực tế nó cẩu tất cả các vật nặng có trọng lượng khác nhau, có thể lớn hơn hoặc bé hơn 15 tấn

D H K T D N

Lý thuyết và thực tế ñã chứng minh rằng tổng công suất của tất cả các thiết bị ñiện trong công trình ΣPñ không phải là nhu cầu thực mà lưới ñiện phải cung cấp ðộ lớn công suất cần cung cấp cho công trình là giá trị Ptt < ΣPñ, thậm chí có trường hợp Ptt chỉ bằng 30% ΣPñ Nguyên nhân của hiện tượng này là do các thiết bị có lượng thời gian làm việc khác nhau, thời ñiểm bắt ñầu làm việc cũng khác nhau và có tính ngẫu nhiên

ðể xác ñịnh chính xác Ptt là một công việc rất khó khăn do quy luật hoạt ñộng của các thiết bị có tính ngẫu nhiên cao Người ta chỉ xác ñịnh gần ñúng bằng lý thuyết xác suất thống

kê và phân chia phụ tải trong công trình thành các nhóm theo các tiêu chí như:

+ Có quy trình công nghệ giống nhau: xưởng cơ khí, xưởng lắp ráp, xưởng nhiệt luyện,…

+ Có quy mô công suất giống nhau: căn hộ chung cư, phòng học, phòng thí nghiệm,… + Có tính chất phụ tải giống nhau: hệ thống thang máy, hệ thống bơm nước, chiếu sáng chung,…

Qua nghiên cứu các nhóm phụ tải ñiện công trình người ta có kết luận:

+ Tổng công suất sử dụng thực tế của 1 nhóm thường bé hơn tổng công suất ñặt của cả nhóm
cần thiết phải ñưa vào hệ số nhu cầu Knc<1 ñể nói lên mức ñộ sử dụng công suất thiết bị nhiều hay ít

+ Nếu công trình có nhiều nhóm phụ tải khác nhau thì công suất cực ñại của các nhóm không phải lúc nào cũng xuất hiện ñồng thời
cần thiết ñưa vào hệ số ñồng thời Kñt<1 với công trình có nhiều nhóm phụ tải

Qua quá trình nghiên cứu người ta ñặt ra tiêu chuẩn hoặc thống kê vào sổ tay các số liệu

về Knc cho từng nhóm thiết bị và Kñt cho loại công trình ñể phục vụ cho việc xác ñịnh phụ tải tính toán

Bảng thống kê Knc và Kñt ngày càng nhiều và càng chính xác nhờ các công trình mới liên tục ñược xây dựng và có thống kê chi tiết, người thiết kế cấp ñiện công trình phải thường xuyên cập nhật thông tin ñể có ñược những số liệu chính xác nhất

ðể xác ñịnh Ptt của công trình, cần thiết phải phân chia phụ tải thành các nhóm tương ứng với số liệu Knc có sẵn

Giả thiết công trình xây dựng có n nhóm, ta cần xác ñịnh công thức Ptt cho công trình Xét nhóm i (i=1÷n) có m thiết bị ñiện Phụ tải tính toán của nhóm i bằng tổng công suất ñặt của m thiết bị nhân với hệ số nhu cầu của nhóm:

( ) ( )

m k i

P P

Pñm(k) là công suất ñịnh mức của thiết bị m trong nhóm i

η(k) là hiệu suất của thiết bị thứu k trong nhóm i Nếu không có số liệu này thì tạm lấy

η(k) =0,8÷0,95

tgϕ(i) là hệ số tính toán từ cosϕ(i) của nhóm thứ i Trong thực tế rất khó ñể xác ñịnh giá trị tgϕ(i) vì nó là giá trị ñại diện cho cả nhóm, trong khi ñó mỗi thiết bị trong nhóm lại có một giá trị tgϕ khác nhau, ngoài ra không phải lúc nào cũng thu thập ñủ thông số tgϕ Trong trường hợp tốt nhất nếu tất cả các thiết bị trong nhóm có ñủ số liệu về cosϕ thì xác ñịnh cosϕcho nhóm i gồm m thiết bị như sau:

( )

os os os os

Trường hợp không ñủ số liệu có thể lấy gần ñúng cosϕ(i)=0,75÷0,85

Phụ tải tính toán của toàn bộ công trình gồm n nhóm:

( ) 1

Ví dụ: Xí nghiệp có 2÷4 phân xưởng thì Kñt = 0,9÷0,95

Xí nghiệp có 5÷10 phân xưởng thì Kñt = 0,8÷0,85

Chung cư có 10÷14 căn hộ có Kñt = 0,63

1.2.6 Các phương pháp xác ñịnh phụ tải tính toán của công trình

a) Phương pháp chi tiết:

- Phạm vi sử dụng: ñã có thiết kế chi tiết, có bản vẽ bố trí thiết bị, máy móc và thống kê ñược công suất của chúng

ðây là phương pháp phổ biến trong thiết kế cấp ñiện công trình vì việc bố trí thiết bị ñiện tiến hành song song với thiết kế xây dựng

- Nội dung: phương pháp này tính theo công suất ñặt:

+ Chia phụ tải trong công trình thành các nhóm tương ứng với số liệu trong bảng tra Knc + Thống kê công suất ñịnh mức Pñm(k) , hiệu suất η(k) của từng thiết bị theo nhóm

+ Tính tổng công suất ñặt mỗi nhóm Pñ(i)

.+ Tra bảng tìm các hệ số Knc(i) cho mỗi nhóm

+ Tính Ptt(i), Qtt(i) cho mỗi nhóm thiết bị

+ Tra bảng tìm Kñt cho công trình Nếu không có số liệu thì Kñt = 1

+ Tính Ptt , Qtt, Stt cho cả công trình

+ Chọn máy biến áp có công suất thoả mãn Sñm ≥ Stt

- Hướng dẫn chia công trình thành các nhóm phụ tải:

+ Công trình công nghiệp: chia thành các phân xưởng, khu văn phòng:

+ Công trình nhà ở riêng lẻ: coi toàn bộ thiết bị trong nhà là 1 nhóm

D H K T D N

+ Công trình công cộng: chia thành nhóm phụ tải sinh hoạt, nhóm thiết bị chuyên dùng, nhóm phụ tải dùng chung (như bơm nước, thang máy, chiếu sáng hành lang, …)

b) Phương pháp tổng hợp:

- Phạm vi sử dụng: Chưa có thiết kế chi tiết (ñang quy hoạch, ñang lập dự án,…)

- Nội dung: Tính theo suất phụ tải hoặc dựa theo số liệu công trình tương tự:

+ Trường hợp tính theo công trình tương tự: khi ñó suất phụ tải P0 thường ñược thống kê cho toàn bộ công trình, không phân chia thành nhóm thiết bị tiêu thụ ñiện:

Khi biết suất phụ tải P0 trên một ñơn vị ño (ví dụ m2, tấn sản phẩm,…) thì phụ tải tính toán của cả công trình bằng P0 nhân với số lượng (số diện tích, số tấn sản phẩm,…) Ví dụ:

Ptt = P0.S (S là diện tích)

Ptt = P0.m (m là quy mô sản phẩm tính theo tấn)

+ Trường hợp tính theo suất phụ tải: Suất phụ tải ñược thống kê khá chi tiết và ñược cho trong các sổ tay thiết kế Các bảng thống kê thường lập theo từng nhóm thiết bị chứ không theo công trình Ví dụ với hệ thống cấp ñiện cho một nhà thi ñấu bóng rổ người ta thống kê

P0cs cho chiếu sáng theo diện tích; thống kê P0dc cho thiết bị dùng chung theo số chỗ ngồi trong sân, … Khi ñó ta phải tính riêng từng nhóm:

- Chiếu sáng là thành phần rất quan trọng trong bất kỳ công trình xây dựng nào

- Tính toán, thiết kế chiếu sáng thuộc môn học “Quang học kiến trúc”, riêng chiếu sáng bên trong công trình ñược trình bày trong chương 6

- Kết quả thiết kế chiếu sáng sẽ ñưa ñến giải pháp chọn lựa chủng loại ñèn và bố trí chúng trong công trình do ñó công suất của từng loại ñèn ñược xác ñịnh
liệt kê ñược công suất của các thiết bị chiếu sáng

- Khi ñã có thiết kế chi tiết thì xác ñịnh Ptt theo phương pháp chi tiết

- Loại công trình này thường thực hiện thiết kế chi tiết ngay mà không cần phải lập dự án hay kế hoạch
Biết ñược chi tiết chủng loại và việc bố trí thiết bị ñiện
Ptt xác ñịnh theo phương pháp chi tiết

- Phụ tải ñiện trong công trình này gồm chiếu sáng, quạt thông gió, máy lạnh, máy giặt,

tủ lạnh,… ñược xếp chung 1 nhóm phụ tải sinh hoạt Do chỉ có 1 nhóm nên Kñt =1

Các ổ cắm ñiện cần tính chính xác Pổ cắm= 220V.I

Trong ñó:

220V là ñiện áp pha của ổ cắm

I là dòng ñiện ñịnh mức của ổ cắm (có ghi trên vỏ ổ cắm)

D H K T D N

- Trường hợp không biết dòng ñiện, tạm tính Pổ cắm=1000W

- Tính Ptt theo phương pháp chi tiết với Knc tra trong sổ tay còn Kñt =1

- Bao gồm: chung cư, nhà làm việc, trường học, siêu thị, bệnh viện,…

- Thường phân phụ tải thành 3 nhóm:

+ Nhóm phụ tải sinh hoạt: ñiện chiếu sáng, , quạt gió, máy lạnh,…

Knc là hệ số nhu cầu của công trình (bệnh viện, trường học,…)

Pñ/sh(k) là suất ñặt các thiết bị sinh hoạt tthứ k

m là số lượng thiết bị ñiện sinh hoạt

Pñm/sh(k) là công suất ñịnh mức của thiết bị ñiện sinh hoạt thứ k

η(k) là hiệu suất của thiết bị thứ k

+ Nhóm phụ tải chuyên dùng: Thiết bị thí nghiệm, y tế, thể thao,…:

Knc/tb là hệ số nhu cầu của nhóm thiết bị chuyên dùng

m là số lượng thiết bị ñiện chuyên dùng

Pñ/tb(k) là suất ñặt các thiết bị chuyên dùng thứ k

Pñm/tb(k/0)là công suất ñịnh mức của thiết bị ñiện chuyên dùng thứ k

η(k) là hiệu suất của thiết bị chuyên dùng thứ k

+ Nhóm phụ tải dùng chung: thang máy, bơm nước, thông gió tầng hầm,… lại ñược chia

thành 2 nhóm nhỏ ñể tính riêng do tính chất làm việc của chúng rất khác nhau

Knc/tm là hệ số nhu cầu của nhóm thang máy (tra sổ tay)

Pñm(k) là công suất ñịnh mức ñộng cơ chính của thang máy thứ k

TS% là hệ số thời gian làm việc = 0,15; 0.20; 0,40 ; 0,60

Pñk(k) là công suất của thiết bị ñiều kiển trong thang máy, nếu không có số liệu thì tạm thời lấy Pñk = 15%.Pñm

D H K T D N

m là số thang máy trong công trình

* Nhóm ñộng cơ dùng chung (bơm nước, thông gió,…)

Theo 20TCN-27-91 thì: Knc/ñc=1 khi m=1÷3 và Kc=0,8 khi m ≥ 3

Pñm/ñc(k) là công suất ñịnh mức ñộng cơ bơm thứ k

η là hiệu suất của ñộng cơ bơm

- Cuối cùng ta tính ñược Ptt của toàn bộ công trình nhà ở công cộng:

Ptt = Kñt (Ptt/sh + Ptt/tb + Ptt/tm + Ptt/ñc)

Trong ñó kñt là hệ số ñồng thời của toàn bộ công trình nhà ở công cộng

Ngoài ra theo quy ñịnh tại 20TCN-27-91, công trình nhà ở công cộng phải ñặt nguồn dự phòng ≥ 5%.Ptt ñể cung cấp cho chiếu sáng khẩn cấp, cứu hỏa,… Phụ tải này không tính trong Ptt mà tính riêng

- Nhà công nghiệp gồm: nhà máy, xí nghiệp, phân xưởng,…

- Thường phân phụ tải ñiện thành 2 nhóm:

+ Phụ tải khu văn phòng: Văn phòng trong các xí nghiệp thường có 1-3 tầng, không có

thang máy, ñộng cơ bơm chỉ có 1 cái,
Tất cả thiết bị ñiện khu văn phòng ñược xếp vào nhóm phụ tải sinh hoạt:

+ Phụ tải khu sản xuất: chia thành các xưởng Giả sử nhà máy có n xưởng, ta lần lượt

tính Pttcho từng phân xưởng:

Pñ/x1(k),Pñ/x2(k),… là công suất ñặt thiết bị thứ k của xưởng 1, 2, …

Pñm/x1(k),Pñm/x2(k),… là công suất ñịnh mức thiết bị thứ k của xưởng 1, 2, …

D H K T D N

Như vậy phụ tải tính toán khối phân xưởng là:

1.4 Tìm hiểu các ñộng cơ ñiện không ñồng bộ - loại phụ tải ñiện phổ biến nhất:

- Là loại ñộng cơ rất phổ biến trong nhà ở, công trình xây dựng, xí nghiệp sản xuất,… + Nhà ở: dùng ñộng cơ 1 pha: máy giặt, tủ lạnh, máy xay sinh tố, bơm nước, thông gió, quạt máy,…

+ Công trình: máy khoan, máy cắt ñĩa, máy cưa gạch, máy vặn bulon, máy mài, máy ñầm, máy trộn beton,…

+ Xí nghiệp: máy tiện ren, máy bào, máy cưa sắt,…

- Cần thiết phải hiểu cấu tạo, tính năng, nguyên lý làm việc của nó

- Xem trang 102-106 Giáo trình ñể hiểu rõ hơn về nguyên lý, cấu tạo và quy trình vận hành Bài giảng này chỉ nêu những vấn ñề chính, trong ñó giải thích một cách dễ hiểu nguyên tắc truyền năng lượng trong ñộng cơ

Về cấu tạo, ñộng cơ không ñồng bộ gồm stato (phần tĩnh, hay còn gọi là phần ñứng yên) bao bên ngoài Stato có cấu tạo là gồm lõi thép trên ñó xẻ rãnh ñể quấn các vòng dây, do ñó bản than nó là một cuộn cảm L sinh ra từ trường Do cách bố trí dây trong nhiều rãnh mà chúng tạo ra một từ trường xoay tròn Stato ñược nối dây với nguồn ñiện ñể nhận năng lượng

Stator ñộng cơ Rotor ñộng cơ

Roto cũng là lõi thép có xẻ rãnh ñể quấn các vòng dây dẫn ñiện trục roto ñược nối về mặt cơ học ñến các máy sản xuất như bơm nước, cần cẩu, … ðiểm ñặc biệt là dây ñiện trong roto không ñược nối ñến nguồn ñiện nào cả, nó hoàn toàn ñộc lập với stato (giữa stato và roto

có khe hở không khí) Vậy làm sao mà năng lượng ñiện truyền sang roto ñể nó quay ñược trong khi nó không ñược cấp nguồn ñiện nào

ðiều này hoàn toàn nhờ vào từ trường lấp ñầy trong khe hở giữa roto và stato Từ trường này chính là môi trường truyền dẫn năng lượng từ stato sang roto ñể làm roto quay và sinh công cơ học (công có ích) Từ trường này do công suất phản kháng Q sinh ra, nó không sinh

ra công có ích, nhưng nếu không có nó thì ñộng cơ ñứng yên

1.5 Biểu ñồ mật ñộ phụ tải ñiện và tâm hình học của nó:

1.5.1 Biểu ñồ mật ñộ phụ tải ñiện

ðối với công trình xây dựng gồm nhiều khu vực phụ tải trải rộng trên mặt bằng, ñể ñánh giá mật ñộ phân bố phụ tải trên diện tích xây dựng người ta dùng biểu ñồ mật ñộ phụ tải ñiện

* Biểu ñồ mật ñộ phụ tải ñiện: là bản vẽ tập hợp các hình tròn có tâm là tâm hình học

của phụ tải ñiện còn bán kính tính theo công thức:

2

tt tt

Stt là công suất tính toán của phụ tải (phân xưởng, khối nhà,…)

m là hệ số tỷ lệ, tính bằng kVA/cm2, kVA/m2,… ñược chọn sao cho kích thước của

Stt phù hợp với bản vẽ

- Biểu ñồ mật ñộ phụ tải ñiện ñược lập cho công trình xây dựng có nhiều phụ tải hạ áp riêng biệt trên mặt bằng, ví dụ xí nghiệp có nhiều phân xưởng, khu ñô thị gồm nhiều khối nhà,…

- Không lập biểu ñồ mật ñộ phụ tải cho chung cư cao tầng

- Biểu ñồ mật ñộ phụ tải ñiện ñược dùng ñể xác ñịnh vị trí ñặt nguồn ñiện sao cho ñúng trọng tâm của phụ tải

1.5.2 Tâm hình học của phụ tải ñiện:

Tâm hình học của phụ tải ñiện là trọng tâm của biểu ñồ mật ñộ phụ tải ñiện Khu vực nào của công trình có mật ñộ phụ tải càng cao thì tâm hình học càng gần nó

Tâm hình học chính là nơi ñặt nguồn cung cấp ñiện cho cả công trình với tổn thất công suất và tổn thất ñiện áp bé nhất (không chứng minh)

Trong thiết kế cũng như quy hoạch ñể cấp ñiện cho một cụm công trình thì phải xác ñịnh

vị trí ñặt trạm biến áp cấp ñiện Vị trí này phải càng gần nơi tiêu thụ ñiện càng tốt Khi phụ tải phân bố không ñồng ñều (nơi nhiều, nơi ít và trải rộng trên mặt bằng) thì việc xác ñịnh vị trí bằng thủ công không thể thực hiện ñược mà phải tính thông qua công thức trọng tâm

Vị trí của trạm biến áp phụ thuộc vào ñiều kiện kinh tế-kỹ thuật, ñịa hình, ñịa chất của khu vực xây dựng,… Khi thiết lập một hệ trục toạ ñộ bất kỳ trên mặt bằng xây dựng ta sẽ xác ñịnh ñược vị trí tương ứng của các phụ tải, trên cơ sở ñó xác ñịnh vị trí tối ưu của trạm biến

áp

Tâm hình học của vị trí ñặt trạm biến áp xác ñịnh như sau:

D H K T D N

* Xác lập một hệ trục tọa ñộ XOY trên bản vẽ biểu ñồ mật ñộ phụ tải ñiện, trong ñó gốc O có thể chọn tùy ý, nhưng thường chọn gốc là góc trái dưới cùng của bản vẽ

* Xác ñịnh tọa ñộ tâm hình học theo công thức trọng tâm:

Trong ñó: Stti là công suất biểu kiến tính toán của phụ tải thứ i

xi, yi là tọa ñộ của phụ tải khu thứ i

Sau khi xác ñịnh ñược vị trí ñặt trạm biến áp tại tâm hình học, ta phải ñiều chỉnh vị trí nếu tâm ñó không hợp lý, ví dụ vị trí ñó bị vướng công trình ñã có, nằm trên mặt bằng ñể sản phẩm, mất mỹ quan,…

D H K T D N

CHƯƠNG 2 NGUỒN ðIỆN CẤP CHO CÔNG TRÌNH

2.1 Tổng quan về các loại nguồn ñiện cấp cho công trình

- Nguồn ñiện là nơi phát ra ñiện năng ñể cung cấp cho phụ tải

- Dưới góc ñộ cấp ñiện công trình xây dựng thì nguồn ñiện có 3 loại:

+ Máy biến áp (của chủ ñầu tư hoặc của ngành ðiện lực)

+ Máy phát ñiện (chủ yếu là máy phát ñiện chạy dầu diezen)

+ Các bộ lưu ñiện công suất lớn (UPS=Uninterruptible Power System)

- Trong 3 loại nguồn ñiện trên, máy biến áp là loại nguồn ñiện phổ biến nhất, hiệu quả kinh tế, tin cậy, chi phí vận hành thấp, không cần bảo dưỡng,…

- Máy phát ñiện chạy dầu diezen tiêu tốn rất lớn dầu diezen, vận hành phức tạp, bảo dưỡng liên tục ngay cả khi không vận hành Do ñó nó không ñược dùng làm nguồn ñiện cấp cho công trình mà làm nguồn dự phòng khi mất ñiện lưới (Trừ những vùng không thể cấp ñiện lưới như hải ñảo, vùng núi cao,…)

Giá thành máy phát ñiện khá ñắt (ví dụ máy phát 550kVA hãng Perkins của Anh giá 64.755USD vào cuối 2008) Chỉ những cơ quan quan trọng mới ñầu tư các nguồn dự phòng bằng máy phát diezen (bệnh viện, khách sạn cao cấp, Uỷ ban tỉnh,…)

- Các bộ lưu ñiện UPS công suất lớn thực chất là hệ thống acquy có trang bị bộ chuyển nguồn từ một chiều sang xoay chiều (gọi là bộ nghịch lưu)

UPS có ưu ñiểm là ñộ tin cậy rất cao, khởi ñộng ngay tức thì khi xảy ra mất ñiện,… Nhược ñiểm của UPS là giá rất ñắt, dung lượng acquy có hạn, phải có phòng chứa acquy lớn và phải ñầu tư hệ thống thông gió

UPS cũng dùng làm nguồn dự phòng khi mất ñiện lưới nhưng giá thành ñắt hơn máy phát ñiện nên thường sử dụng cho những nơi ñặc biệt quan trọng như phòng mổ bệnh viện, tổng ñài viễn thông, trạm biến áp 110kV trở lên, phòng ñiều hành sân bay, nhà lễ nghi Chính phủ,…

- Sơ ñồ kết nối của nguồn ñiện công trình:

Tuỳ vào tính chất quan trọng của công trình hoặc yêu cầu của chủ ñầu tư mà việc chọn lựa các sơ ñồ kết nối nguồn có khác nhau

Phụ tải không quan trọng thì chỉ ñầu tư nguồn ñiện là máy biến áp

Phụ tải quan trọng thì ñầu tư hệ thống: máy biến áp + máy phát ñiện

Phụ tải ñặc biệt quan trọng thì ñầu tư hệ thống: máy biến áp + máy phát ñiện + UPS hoặc

hệ thống: máy biến áp + UPS

2.2 Những yêu cầu cơ bản của nguồn ñiện cấp cho công trình

+ Chất lượng ñiện: ðiện áp (±5% ñiện áp danh ñịnh), tần số (±0,2Hz) ðây là quy ñịnh bắt buộc trong Luật ðiện lực và Nghị ñịnh số 105/2005/Nð-CP Tất cả các ñơn vị cung cấp ñiện ñều phải ñảm bảo chất lượng ñiện nằm trong giới hạn cho phép

+ Công suất phải ñủ lớn (Pnguồn >> Pphụ tải ) ðây là vấn ñề rất quan trọng khi quyết ñịnh ñầu tư Khi tính toán phải có hệ số dự phòng mở rộng trong tương lai

D H K T D N

2.3 Máy biến áp:

- Dưới góc ñộ hệ thống ñiện thì MBA không phải là nguồn ñiện mà là thiết bị truyền tải ñiện

MBA tăng áp: ñiện áp ñầu ra lớn hơn ñầu vào

MBA giảm áp: ñiện áp ñầu ra nhỏ hơn ñầu vào

- Nếu chỉ xét dưới góc ñộ cấp ñiện công trình thì MBA chính là nguồn ñiện
môn học này chỉ xét MBA với tư cách là nguồn ñiện

MBA cấp ñiện cho công trình và thuộc loại giảm áp, vì nó thường lấy ñiện ở cấp cao hơn (22, 35, 15 kV) ñể chuyển thành ñiện áp của thiết bị (380/220V)

2.3.1 Cấu tạo chung của máy biến áp cấp ñiện công trình:

MBA công trình

MBA truyền tải 220kV

Cuộn dây cao áp

~

Cuộn dây hạ áp

Cuộn dây cao áp Lõi thép

D H K T D N

1) Lõi thép:

- Nhiệm vụ: dẫn từ trường (gọi là mạch từ) Ở hình trên ta thấy dây ựiện phắa sơ cấp không liên hệ gì với thứ cấp, tại sao ựiện năng lại truyền ựược từ sơ cấp sang thứ cấp ? đó là nhờ lõi thép truyền năng lượng dưới dạng từ trường

- Vật liệu: thép lá kỹ thuật ựiện ghép cách ựiện với nhau

- Lõi thép ựứng (nơi quấn dây) gọi là trụ, phần nằm ngang gọi là gông

Loại máy này có thể lắp ngoài trời hoặc trong nhà ựộc lập, treo trên trụ ựiện hoặc ựặt trên

bệ Theo quy ựịnh nếu ựặt trong nhà hoặc ựặt trên bệ thì xung quanh nó phải có hố gom dầu

có rải ựá dăm ựể tránh cháy lan rộng khi sự cố

Việc bảo dưỡng máy biến áp thực chất là bảo dưỡng ựể dầu tái sinh vì nó hay bị xuống cấp trong quá trình vận hành

- Loại cách ựiện khô (bằng nhựa epoxy): Loại này khá ựắt tiền nên chỉ dùng cho các tầng cao, tầng hầm, nơi dễ cháy nổ,Ầ Ưu ựiểm của nó là không phải bảo dưỡng, dùng ựược trên

vỏ bọc cách ựiện của cuộn dây

Sứ 22 kV

Vỏ máy

Máy biến áp dầu

D H K T D N

tầng cao của toà nhà nhưng nhựa epoxy hay bị nứt khi nhiệt ñộ cao ðể tránh hiện tượng này, tất cả các máy biến áp khô ñều trang bị ít nhất 3 quạt gió khởi ñộng tự ñộng khi nhiệt ñộ vượt quá giá trị ñặt trước

- Loại cách ñiện bằng dầu silion: loại này rất ñắt nhưng chống ñược cháy nổ, chuyên dùng cho nhà cao tầng, tầng hầm,… tuy nhiên chưa phổ biên trên thị trường

4) Các bộ phận khác

- Thùng chứa ruột máy (dây ñồng+lõi thép), trong chứa dầu biến thế

- Sứ cách ñiện: dẫn ñầu dây máy ra ngoài ñể ñấu nối với lưới ñiện

- Cánh tản nhiệt: Máy biến áp lớn thì bộ phận này chế tạo riêng biệt, MBA cấp ñiện công trình thì bộ phận này là 1 phần của thùng chứa ruột máy biến áp

- Các thiết bị bảo vệ: bình dầu phụ ñể cho dầu giãn nở, rơle hơi, rơle áp lực ñể không cho

áp lực trong thùng chứa quá cao, có thể làm vỡ máy

- Các thiết bị phụ khác : bánh xe, quạt gió, hạt hút ẩm,…

2.3.2 Một số khái niệm và ký hiệu của MBA :

- Phía sơ cấp: Phía nối với nguồn ñiện

- Phía thứ cấp: Phía nối với phụ tải

- Phía cao áp: Phía nối với ñiện áp cao

- Phía hạ áp: phía nối với ñiện áp thấp

Với máy biến áp cấp ñiện công trình thì:

phía cao áp = phía sơ cấp

Phía hạ áp = phía thứ cấp

- W1, W2 : số vòng dây của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp

- U1, U2 : ðiện áp sơ cấp và thứ cấp

- Tỉ số biến áp K ≈ U1/U2 ≈ W1/W2 = const

Lõi thép

Máy biến áp khô

vỏ bọc cách ñiện của cuộn dây

D H K T D N

+ Nếu K > 1: máy giảm áp; K < 1: máy tăng áp

+ Với công trình xâ dựng luôn có K>1

- I1, I2 : Dòng ñiện sơ cấp và thứ cấp

- Tỉ số biến dòng ñiện: I1/I2 ≈ 1/K

- Số cuộn dây: Một số máy biến áp trong hệ thống ñiện (từ 110kV trở lên) có thể có 3 cuộn dây: cao áp (W1), trung áp (W2), hạ áp (W3) Với công trình xây dựng thường dùng loại 2 cuộn dây

- A, B, C, N là ký hiệu pha A, B, C và cực trung tính của phía cao áp

- a, b, c, n là ký hiệu pha A, B, C và cực trung tính của phía hạ áp

Là ký hiệu máy biến áp trên sơ ñồ ñiện

Là ký hiệu máy biến áp trên mặt bằng

2.3.3 Nguyên lý làm việc của máy biến áp

Cuộn sơ cấp W1 ñược nối với nguồn ñiện có ñiện áp U1 Cuộn dây W1 tạo thành mạch vòng kín nên sẽ có dòng ñiện I1 chạy qua Ngoài ra do W1 quấn thành hình lò xo nên dòng ñiện I1 sinh ra từ trường trong lòng các vòng dây này Lõi thép ñặt trong lòng các cuộn dây nên nó bị nhiễm từ do cuộn dây W1 sinh ra ðộ lớn từ trường mà lõi thép bị nhiễm gọi là từ thông Φ

Lõi thép cũng xuyên qua vòng dây W2 nên từ thông Φ cũng xuyên qua nó Theo ñịnh luật cảm ứng ñiện từ, từ thông Φ sẽ cảm ứng một ñiện áp e2 trong cuộn dây W2 ðiện áp e2ñược coi là nguồn ñiện do máy biến áp cung cấp ñến phụ tải nhưng có ñiện áp ñã biến ñổi

e2≠U1

Nếu cuộn W2 hở mạch (trường hợp không có phụ tải) thì không có dòng ñiện chạy qua (nhưng ñiện áp e2 vẫn tồn tại) Nếu cuộn W2 nối kín mạch (có phụ tải) thì e2 coi như nguồn ñiện cấp cho phụ tải với dòng ñiện I2

2.3.4 Máy biến áp một pha:

- Loại máy này dùng ñể cung cấp ñiện cho phụ tải 1 pha Ví dụ cấp ñiện từng pha AN hoặc BN hoặc CN

- Máy có thể có 1 sứ cao áp hoặc 2 sứ cao áp

- Có thể lắp 3 MBA 1 pha vào 3 pha ñể tạo thành tổ máy biến áp 3 pha

- Loại máy này chủ yếu dùng ở vùng nông thôn ñể cung cấp cho các cụm dân cư thư thớt, công suất bé <75kVA

- Các công trĩnhây dựng lớn không dùng loại này

2.3.5 Máy biến áp ba pha:

- ðể cung cấp ñiện cho phụ tải 3 pha khi công suất >75kVA

- Cấu tạo cũng gồm lõi thép, dây quấn, vỏ máy,… nhưng tất cả 3 pha ñều ñặt trong cùng một vỏ thùng

- Lõi thép chỉ khác là có 3 trụ hoặc 5 trụ ñể quấn 3 pha

a) Dây quấn và tổ ñấu dây:

* Phía sơ cấp có 3 cuộn dây W1 riêng ñược ký hiệu bằng các chữ hoa: AN, BN, CN

* Phía thứ cấp cũng có 3 cuộn dây W2 riêng ký hiệu bằng các chữ thường: an, bn, cn

Do có mỗi phía có 3 cuộn dây nên có thể tạo ra 2 kiểu ñấu dây hình sao hay hình tam giác ở mỗi phía như hình vẽ dưới ñây:

Các kiểu ñấu dây 3 pha sơ cấp

Máy biến áp 1 pha

Trạm biến áp 1 pha treo trên cột

D H K T D N

Một tổ hợp cụ thể cách nối dây giữa sơ cấp và thứ cấp gọi là tổ ñấy dây, trong ñó cuộn

dây nối tam giác ñược ký hiệu là ∆ hoặc chữ cái D (theo tiếng Hy Lạp là Delta), cuộn dây nốihình sao ký hiệu là Y Lưu ý chữ hoa D, Y dùng cho phía sơ cấp, chữ thường d, y dùng cho phía thứ cấp

Có tất cả 4 loại tổ ñấu dây là Dy, Dd, Yd, Yy

Ví dụ: ∆y (hoặc Dy): là ký hiệu phía sơ cấp nối tam giác, phía thứ cấp nối hình sao

Các trạm biến áp cấp ñiện cho công trình xây dựng chủ yếu dùng Dy-11

2.3.6 Lựa chọn máy biến áp cấp ñiện cho công trình:

Việc lựa chọn máy biến áp phải căn cứ trên các thông số sau:

- ðiện áp ñịnh mức U1ñm phù hợp với lưới ñiện

- ðiện áp U2ñm phù hợp với phụ tải

- Dung lượng ñịnh mức: Sñm (kVA) > công suất phụ tải tiêu thụ

Trong thực tế nên chọn công suất máy biến áp theo thang công suất có sẵn của nhà chế tạo gồm: 50,75, 100, 150, 180, 250, 320, 400,560,630,750,1000, 1250,… kVA ðây là dải công suất ñã ñược chuẩn hoá nên các nhà sản xuất chế tạo hàng loạt, ñặt hàng rất dễ và giá

Các kiểu ñấu dây 3 pha thứ cấp

Một số máy phát ñiện trong công nghiệp và dân dụng Máy phát ñiện 3 pha công suất lớn chạy dầu Máy phát ñiện 1 pha chạy xăng

thành rẻ Tuy nhiên nếu có yêu cầu ñặt hàng công suất khác vvới dải trên, nhà sản xuất vẫn chế tạo ñược nhưng mất thời gian, giá thành ñắt hơn nhiều

- ðộ ñầy tải phải ñạt 80% ñể hệ số công suất cosϕ cao

- Chọn tổ ñấu dây phù hợp Với hệ thống cấp ñiện công trình xây dựng thường chọn tổ ñấu dây Dy-11, trong ñó phía thứ cấp (0,4kV) nối sao kèm theo dây trung tính ñể có thể sử dụng ñược ñiện áp pha

- Nếu chọn 2 máy biến áp vận hành song song nên chọn 02 máy có các thông số giống nhau hoàn toàn Trường hợp muốn vận hành song song 2 máy có Sñm khác nhau thì tham khảo thêm tài liệu

2.4 Máy phát ñiện diezen

Máy phát ñiện ñiezen là thiết bị dùng biến ñổi nhiệt năng thành ñiện năng nhờ quá trình ñốt cháy nhiên liệu ñiezen

Trong hệ thống ñiện quốc gia, chủng loại máy phát ñiện rất ña dạng, phong phú (thuỷ ñiện, nhiệt ñiện than, khí, ñiện gió, ñiện mặt trời,…) với dải công suất rất rộng (từ vài W ñến hàng trăm nghìn kW) Thị trường có các loại máy phát ñiện 3 pha (công suất lớn), máy phát ñiện 1 pha (công suất bé hơn, dùng cho gia ñình)

Hệ thống cấp ñiện công trình thường sử dụng máy phát ñiện xoay chiều dùng nhiên liệu diezen hoặc xăng với công suất < 1000kVA

Máy phát diezen dùng làm nguồn dự phòng ñể cấp ñiện công trình do những lý do sau: + Dầu diezen rẻ hơn so với xăng, vốn ñầu tư ban ñầu thấp hơn UPS, pin mặt trời,…

+ Kết cấu nhỏ gọn, công suất lớn

+ Có kết cấu chống rung, cơ cấu giảm thanh hoàn chỉnh

+ Có thiết bị tự ñộng ñiều chỉnh ñiện áp, tần số (tức là chất lượng ñiện năng ñảm bảo) Không cần người trực thường xuyên

+ Khởi ñộng nhanh Nếu kết hợp bộ ATS (tự ñộng ñóng nguồn dự phòng) thì việc khởi ñộng máy phát hoàn toàn tự ñộng khi ñiện lưới mất ñiện

2.4.1 Cấu tạo máy phát ñiện diezen:

D H K T D N

Tên gọi máy phát ñiện ñiezen thực ra không ñầy ñủ mà phải gọi chính xác là hệ ñộng cơ ñiezen-máy phát ñiện, trong ñó ñộng cơ ñiezen hoạt ñộng nhờ nhiên liệu chạy dầu, trục của

nó kéo roto của máy phát ñiện quay, từ ñó sinh ra ñiện Tuy nhiên trong thực tế người ta chỉ

gọi tắt là máy phát ñiện ñiezen Như vậy cấu tạo của máy phát diezen gồm 2 bộ phận chính:

+ ðộng cơ diezen: ñộng cơ 4 thì, 6 xilanh, tốc ñộ 1500vòng/phút Khởi ñộng ñộng cơ bằng bằng ñộng cơ lai một chiều với nguồn cấp khởi ñộng là acquy 24V

+ Phần máy phát: loại máy phát ñồng bộ ba pha không chổi than Máy phát gồm 2 phần:

* Roto (phần quay): nối trục quay với ñộng cơ diezen Roto là nam châm ñiện 1 chiều ñược kích từ bằng Thyristor

* Stato là nơi quấn dây, cảm ứng ñiện từ roto ñể cấp ñiện cho phụ tải bên ngoài

Stato ñộng cơ ñiện

Roto ñộng cơ ñiện Mặt cắt ñộng cơ ñiện

Cấu tạo cơ bản của bộ phận phát ñiện trong hệ ñộng cơ ñiezen - máy phát ñiện

Máy phát ñiện

ðộng cơ diezen

Tủ ñiều khiển

Làm mát ñộng cơ

Các bộ phận chính của máy phát ñiện ñiezen

Phần ñộng cơ ñiezen Phần phát ñiện

D H K T D N

Giữa ñộng cơ ñiezen và máy phát ñược nối cứng với nhau bằng trục cơ khí, khi ñộng cơ ñiezen quay thì trục cơ của máy phát cũng bị quay theo

2.4.2 Nguyên lý làm việc của máy phát diezen

- Nhấn nút khởi ñộng, ñộng cơ diezen nổ, trục quay của nó kéo trục roto quay thay

- Roto ñược kích từ thông qua acquy hoặc kích từ tự ñộng bằng Thyristor
roto biến thành một nam châm quay

- Từ trường roto quay cắt qua dây quấn các pha ñặt trong stato (AN, BN, CN)
tạo sức ñiện ñộng cảm ứng là nguồn ñiện áp ñể cung cấp cho phụ tải Nếu các cuộn dây này nối với phụ tải thì có dòng ñiện cung cấp ñến phụ tải và năng lượng ñiện sinh ra công

- Với máy phát ñiện xoay chiều 3 pha thì AN, BN, CN ñặt lệch nhau 1200 trong không gian nên các sức ñiện ñộng trong 3 cuộn dây này cũng có lệch nhau 1/3 chu kỳ

2.4.3 Ký hiệu máy phát ñiện diezen trên sơ ñồ ñiện

2.4.4 Lựa chọn máy phát ñiện:

Trong giai ñoạn thiết kế, việc quyết ñịnh có ñầu tư máy phát ñiện hay không phải căn cứ vào tính chất của hộ tiêu thụ Trong thực tế chỉ những phụ tải quan trọng mới trang bị máy phát ñiện làm nguồn ñiện dự phòng Ngoài ra ở những vùng xa xôi hẻo lánh cách xa nguồn ñiện, các hải ñảo không thể kéo ñiện lưới thì bắt buộc phải sử dụng máy phát ñiện ñiezen ñể cung cấp ñiện Ví dụ ñảo Cù Lao Chàm (tỉnh Quảng Nam), ñảo Phú Quý (tỉnh Kiên Giang) ñều ñược cấp ñiện từ máy phát ñiezen Cũng có một số trường hợp việc ñầu tư máy phát ñiện thực hiện theo yêu cầu riêng của chủ ñầu tư và do chủ ñầu tư cấp kinh phí

Việc chọn máy phát ñiện cho công trình cần căn cứ vào các yếu tố sau:

MFð-300kW-380/220V

Phía dưới máy phát ñiện phải ghi 2 thông số quan trọng nhhất là công suất và ñiện ápMáy phát xoay chiều 1 pha Máy phát xoay chiều 3 pha

D H K T D N

- ðiện áp ñịnh mức của máy phát Uñm phải phù hợp với phụ tải Thông thường giá trị này

là 380/220V (ñiện áp dây/ñiện áp pha)

- Công suất ñịnh mức Sñm (kVA) > phụ tải ưu tiên Thông thường phụ tải công trình rất lớn, ñược tính toán ñể sử dụng ñiện lưới Máy phát ñiện dự phòng thường ñược tính toán sao cho ñáp ứng một phần nhỏ tổng phụ tải của công trình ñể ñảm bảo vốn ñầu tư hợp lý Phần phụ tải này là phụ tải chọn lọc

- Tần số ñịnh mức: 50Hz

- Nếu hộ tiêu thụ có phụ tải quan trọng, chỉ cho mất ñiện < 15s thì phải trang bị bộ khởi ñộng tự ñộng, bộ tự ñiều chỉnh ñiện áp và tần số Các trường hợp khác cho ñóng nguồn bằng tay (mất 5-10 phút)

2.5 Bộ lưu ñiện UPS (Uninterruptible Power Supply) :

UPS là thiết bị có thể cung cấp tạm thời ñiện năng nhằm duy trì sự hoạt ñộng của thiết bị ñiện khi ñiện lưới gặp sự cố (mất ñiện, sụt giảm ñiện áp quá thấp, sự cố khác ) trong một khoảng thời gian với công suất giới hạn theo khả năng của nó

Ở Việt Nam, UPS thường quen ñược gọi là cái lưu ñiện hay bộ lưu ñiện, cục lưu ñiện Các loại UPS thông dụng hiện nay thường bao gồm hai loại chính theo nguyên lý làm việc của chúng: UPS offline và UPS online

2.5.1 Các thành phần UPS:

2.5.2 Các thông số UPS

- Dung lượng UPS: chính là dung lượng của hệ thống acquy, ñuợc tính bằng Ah (Ampe

giờ), tức là tích số dòng ñiện phóng ra và thời gian phóng ñiện cho phụ tải

- Dòng ñiện phóng an toàn: Tính bằng A Dòng phóng an toàn là dòng phóng trong 8h

Riêng acquy dùng cho UPS có thể phóng an toàn 4h

- ðiện áp của mỗi bình acquy: là ñiện áp trên 2 ñầu cực của bình ðể nâng cao dung

lượng acquy người ta chia thành nhiều bình acquy với ñiện áp 2V/1 bình sau ñó nối tiếp với nhau ñể ñược ñiện áp lớn hơn

- ðiện áp ra UPS: Là ñiện áp xoay chiều ñầu ra cấp cho phụ tải (220V)

- ðiện áp vào UPS: Là ñiện áp 1 chiều của hệ thống acquy

- Công suất UPS: Là công suất tối ña bộ chuyển nguồn do nhà chế tạo quy ñịnh

Phòng acquy 220V

Tủ UPS

Bình acquy 2V-200Ah

D H K T D N

- Công suất hệ thống acquy: P = UUPS× Dòng ñiện phóng ra tải

- Hiệu suất bộ nghịch lưu: Hiệu suất ñạt khoảng 80%

2.5.3 Nguyên lý làm việc của UPS:

a) Loại UPS ngoại tuyến (off-line):

Tên gọi UPS off-line có nghĩa là bình thường hệ thống UPS không nối ñến phụ tải, nó làm việc ñộc lập và chỉ nhận ñiện từ lưới ñiện ñể nạp ñầy cho hệ thống acquy

Loại UPS này gồm 2 ñường ñiện: 01 ñường cấp cho phụ tải, 01 ñường cấp ñến acquy

Bộ nạp AC/DC có chức năng chuyển dòng ñiện xoay chiều AC của lưới ñiện thành dòng ñiện một chiều DC ñể nạp vào acquy (vì dòng ñiện acquy là dòng ñiện một chiều)

Bộ nghịch lưu DC/AC có chức năng chuyển dòng ñiện một chiều thành dòng ñiện xoay chiều

Nguyên lý làm việc của UPS off-line như sau:

:- Khi có ñiện, phụ tải nhận ñiện từ lưới ñiện, acquy ñược nạp ñiện, bộ nghịch lưu DC/AC không làm việc

- Khi mất ñiện lưới (hoặc lưới ñiện không ổn ñịnh, chập chờn), bộ nghịch lưu DC/AC hoạt ñộng cấp ñiện cho phụ tải từ acquy

ðặc ñiểm của UPS off-line là có thời gian chuyển nguồn khi phụ tải bị mất ñiện lưới nhưng thời gian này rất bé Do ñó nó không dùng ñược với các thiết bị có ñộ nhạy cao như máy chủ lưu dữ diệu, thiết bị viễn thông,…

b) Loại UPS trực tuyến (on-line):

Tên gọi UPS on-line có nghĩa là bình thường hệ thống UPS nối trực tiếp ñến phụ tải Phụ tải nhận ñiện từ bộ nghịch lưu DC/AC chứ không nối trực tiếp với lưới ñiện

Loại UPS này chỉ có 01 ñường ñiện chính cấp ñến bộ chỉnh lưu AC/DC, từ ñây rẽ thành

02 nhánh, trong ñó 01 nhánh nạp vào acquy và nhánh còn lại nối ñến bộ nghịch lưu DC/AC

Phụ tải ñiện

Acquy ñang nạp ñiện

Acquy ñang

xả ñiện

ðiện cấp cho phụ tải

Bộ nạp AC/DC

Bộ nghịch lưu DC/AC

Mất ñiện cấp cho phụ tải

Bộ nạp AC/DC

Bộ nghịch lưu DC/AC

~

~

D H K T D N

Ngoài ra còn cón một ñường dây phụ nối từ nguồn ñiện ñến công tắc gần phụ tải (thể hiện bằng ñường nét ñứt trên hình vẽ) ðường này là ñường ñiện dự phòng, khi hệ thống UPS bị sự cố cần phải sửa chữa hoặc thay thế thì người ta chuyển công tắc sang nhận ñiện từ ñường dự phòng này

Bộ nạp AC/DC có chức năng chuyển dòng ñiện xoay chiều AC của lưới ñiện thành dòng ñiện một chiều DC

Bộ nghịch lưu DC/AC có chức năng chuyển dòng ñiện một chiều thành dòng ñiện xoay chiều

ðặc ñiểm của UPS on-line là khi mất ñiện lưới thì những người làm việc không nhận biết ñược vì ñiện luôn ñược cung cấp liên tục Loại này rất ñắt tiền và ñược sử dụng cho các

phụ tải ñiện có ñộ nhạy cao như trung tâm viễn thông, tin học,…

2.5.4 Các ñặc ñiểm của UPS:

- Loại on-line ñắt hơn tiền hơn loại off-line

- Acquy phải ñặt trong phòng riêng và có hệ thống thông gió

- Quá trình vận hành, acquy thường bị cạn nước
bổ sung ngay, nếu không acquy sẽ bị hỏng, cháy bản cực Hiện nay người ta thường dùng acquy khô nên có ñộ an toàn toàn cao hơn nhưng acquy này ñắt tiền hơn

- Dòng phóng ñiện cho phụ tải càng cao thì tuổi thọ acquy càng giảm

- Không gây tiếng ồn, không ô nhiễm môi trường

2.5.5 Lựa chọn UPS:

- Công suất ñịnh mức Sñm

- ðiện áp vào phù hợp với acquy, ñiện áp ra phù hợp với phụ tải

- Tần số ñiện áp ñầu ra = 50Hz

- Dung lượng UPS tính bằng Ah

2.6 Kết cấu và không gian ñặt trạm biến áp công trình:

Máy biến áp chỉ là thiết bị chính ñể cung cấp ñiện cho công trình Trạm biến áp cấp ñiện ngoài máy biến áp còn có một loạt các thiết bị khác như chống sét van, thiết bị ñóng cắt, thiết

2.6.1 Trạm biến áp treo trên cột:

Máy biến áp và các thiết bị ñược bố trí trên cột ñiện (có thể 1 hoặc 2 cột tuỳ vào trọng lượng của máy biến áp)

* Bố trí trên một cột khi công suất <=150kVA

* Bố trí trên hai cột khi công suất <=560kVA

Việc thiết kế trạm biến áp trên cột ñòi hỏi phải tính toán kết cấu xây dựng và kết cấu cơ khí, trong ñó ngoài yếu tố kỹ thuật còn phải chú ý ñến yếu tố mỹ thuật

ðây là kiểu trạm biến áp bố trí ngoài trời, dùng phổ biến cho các khu dân cư, công trình công cộng, trụ sở cơ quan,…

Chi phí xây dựng trạm biến áp này cũng ít nhất trong số các loại trạm biến áp

Nhược ñiểm của nó là phải có ñất trống ñể bố trí, phải có ñất dành cho hành lang an toàn bao quanh

2.6.2 Trạm biến áp ñặt trên nền:

- Máy biến áp ñược bố trí trên nền bêtông, cao hơn cos nền 300mm, xung quanh móng

có tường chắn bao quanh ñể thu dầu khi máy bị vỡ

- Kiểu trạm này sử dụng khi công suất máy >560kVA, khi ñó kết cấu giá ñỡ máy trên cột không ñảm bảo an toàn

- Các thiết bị khác như cầu chì tự rơi, chống sét van, … Vẫn ñược treo trên cột ñiện

- ðể ñảm bảo an toàn, kiểu trạm này phải có hàng rào bảo vệ cao >1,8m và có bố trí cửa

Móng máy

D H K T D N

- Toàn bộ thiết bị ñược bố trí trong nhà ñể ñảm bảo tính thẩm mỹ của công trình

- Nhà trạm có thể xây riêng, ñặt chung tại nhà xưởng hoặc ñặt dưới tầng hầm của các toà nhà nhưng khi ñó phải có lưới thép bao quanh máy biến áp ñể bảo vệ

- Máy biến áp ñặt trên móng cao hơn nền nhà 300mm, xung quanh móng có hố thu dầu

- Trong trạm phải bố trí chiếu sáng ñể kiểm tra khi sự cố ban ñêm, ngoài ra phải có hệ thống thông gió bằng quạt ñể tản nhiệt do máy biến áp toả ra

- Phải trang bị hệ thống phòng cháy chữa cháy theo quy ñịnh của công an

- Cửa ra vào thiết kế rộng ñể sửa chữa, vận chuyển thiết bị

Thông gió trong trạm có thể là thông gió tự nhiên hay thông gió cưỡng bức bằng quạt (xem môn học Thông gió và vi khí hậu)

2.6.4 Trạm biến áp Ki-ôt

- Toàn bộ thiết bị ñược bố trí trong vỏ kín bằng thép, thường có 3 ngăn riêng biệt:

+ Ngăn chứa máy biến áp

+ Ngăn chứa thiết bị cao thế (22kV, 35 kV,…)

+ Ngăn chứa thiết bị hạ thế (400V)

- Thường ñược dùng ở những ñịa ñiểm sau:

- Toàn bộ thiết bị ựược ựặt ngầm dưới lòng ựường Buồng ựặt thiết bị bằng bêtông cốt thép không thấm nước, chịu tải trọng ôtô Buồng thiết kế ựảm bảo không có nước chảy vào khi mưa

- Luôn có máy bơm dự phòng tự ựộng hoạt ựộng khi có nước ngập

- Tắnh toán làm mát và thông gió rất khó khăn

- Ưu ựiểm: ựảm bảo mỹ quan, an toàn cao, tiết kiệm ựất ựai

2.7 đóng cắt và bảo vệ trạm biến áp công trình:

Mục ựắch

2.7.1 Bảo vệ và ựóng cắt phắa cao áp

a) Chống chạm ựiện trực tiếp: Dây dẫn ựiện trong trạm ựều sử dụng dây cáp bọc cách ựiện, không dùng dây trần Vỏ thiết bị bằng kim loại ựều ựược nối ựất an toàn

Dây nối ựất

Tủ ựiện của trạm

Kẹp ựỡ cáp đèn ựiện