Thiết kế cung cấp điện cho khu chung cư cao tầng

Hiện nay trên địa bàn các thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, thành phố Đà Nẵng… nhu cầu nhà ở là một vấn đề bức thiết. Vì vậy nên rất cần thiết kế những khu chung cư cao tầng để đáp ứng nhu cầu sinh hoạt của người dân. Các khu chung cư cao tầng này được thiết kế và thi công theo các kĩ thuật tiên tiến, đặc biệt chúng có chế độ làm việc tin cậy và an toàn cao.Hệ thống điện trong khu chung cư cao tầng có các đặc điểm cơ bản sau: Phụ tải phong phú đa dạng. Phụ tải tập trung trong không gian hẹp, mật độ phụ tải tương đối cao. Có các hệ thống cấp nguồn dự phòng. Không gian lắp đặt bị hạn chế và phải thoả mãn các yêu cầu mỹ thuật trong kiến trúc xây dựng. Yêu cầu cao về chế độ làm việc và an toàn cho người sử dụng.Khu chung cư cao tầng là hộ tiêu thụ loại II vì vậy cần phải thiết kế hệ thống cung cấp điện chính xác. Việc cung cấp điện tốt đảm bảo cuộc sống sinh hoạt của người dân và không thiệt hại về kinh tế. Thiết kế và vận hành hệ thống cung cấp điện của khu chung cư cao tầng là một nhiện vụ mới mẻ của người thiết kế.Học xong môn cung cấp điện em nhận được đồ án môn học với đề tài “Thiết kế cung cấp điện cho khu chung cư cao tầng”. Với khả năng kiến thức của mình và sự giúp đỡ tận tình của cô giáo Nguyễn Quang Thuấn cùng các thầy cô giáo trong bộ môn cung cấp điện đến nay chúng em đã hoàn thành đồ án. Mặc dù đã cố gắng rất nhiều song do hiểu biết còn hạn chế nên bản đồ án này không thể tránh khỏi những sai sót. Kính mong các thầy cô giáo góp ý thêm cho em để bản đồ án được hoàn thiện hơn.

Lời nói đầu

Hiện nay trên địa bàn các thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ ChíMinh, thành phố Đà Nẵng… nhu cầu nhà ở là một vấn đề bức thiết Vì vậy nên rấtcần thiết kế những khu chung cư cao tầng để đáp ứng nhu cầu sinh hoạt của ngườidân Các khu chung cư cao tầng này được thiết kế và thi công theo các kĩ thuật tiêntiến, đặc biệt chúng có chế độ làm việc tin cậy và an toàn cao.

Hệ thống điện trong khu chung cư cao tầng có các đặc điểm cơ bản sau:- Phụ tải phong phú đa dạng.

- Phụ tải tập trung trong không gian hẹp, mật độ phụ tải tương đối cao.- Có các hệ thống cấp nguồn dự phòng.

- Không gian lắp đặt bị hạn chế và phải thoả mãn các yêu cầu mỹ thuật trongkiến trúc xây dựng.

- Yêu cầu cao về chế độ làm việc và an toàn cho người sử dụng.

Khu chung cư cao tầng là hộ tiêu thụ loại II vì vậy cần phải thiết kế hệ thốngcung cấp điện chính xác Việc cung cấp điện tốt đảm bảo cuộc sống sinh hoạt củangười dân và không thiệt hại về kinh tế Thiết kế và vận hành hệ thống cung cấpđiện của khu chung cư cao tầng là một nhiện vụ mới mẻ của người thiết kế.

Học xong môn cung cấp điện em nhận được đồ án môn học với đề tài “Thiết

kế cung cấp điện cho khu chung cư cao tầng” Với khả năng kiến thức của mình

và sự giúp đỡ tận tình của cô giáo Nguyễn Quang Thuấn cùng các thầy cô giáo

trong bộ môn cung cấp điện đến nay chúng em đã hoàn thành đồ án Mặc dù đã cốgắng rất nhiều song do hiểu biết còn hạn chế nên bản đồ án này không thể tránhkhỏi những sai sót Kính mong các thầy cô giáo góp ý thêm cho em để bản đồ ánđược hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội ngày 21 tháng 12 năm 2015 Người thực hiện

SV thực hiện: Phạm Duy Đức Phạm Hùng Dương Dương Đức Duy

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

Nhận xét của giáo viên chấm phản biện

ĐỀ TÀI CC1: “THIẾT KẾ CẤP ĐIỆN CHO MỘT CHUNG CƯ CAO TẦNG”

Lớp: TĐH1 - K15

Thời gian thực hiện: Từ ngày 15/10/2015 đến ngày 21/12/2015

A Dữ liệu thiết kế

1 Mặt bằng tòa nhà chung cư 9 tầng như hình vẽ

2 Giả thiết mỗi tầng với 20 căn hộ có kiến trúc tương tự nhau với mặt bằng nhưhình vẽ:

3 Thang máy tòa nhà 2x7,5kW (mỗi động hệ số tiếp điện định mức 60%)

3 Để cấp thoát nước và cấp nước cứu hỏa, tòa nhà bố trí bố trí trạm bơm 6x10kWtại tầng hầm

5 Nguồn cấp 22kV cách tòa nhà 50m

B Nhiệm vụ thiết kếI Thuyết minh

1 Tính toán nhu cầu phụ tải

1.1 Phụ tải căn hộ1.2 Phụ tải chiếu sáng

1.3 Phụ tải động lực (máy bơm và thang máy)1.4 Tổng hợp phụ tải

1.5 Nhận xét kết quả tính toán.

2 Xác định sơ đồ cung cấp điện tối ưu

2.1 Vạch sơ đồ các phương án cấp điện cho tòa nhà (Sơ bộ chọn vị trí đặt trạmbiến áp, máy phát điện dự phòng và các thiết bị điện cần thiết)

2.2 Đánh giá lựa chọn phương án cấp điện tối ưu cho tòa nhà.2.3 Nhận xét

3 Chọn và kiểm tra thiết bị điện cho sơ đồ tối ưu

3.1 Tính toán ngắn mạch

3.2 Chọn và kiểm tra thiết bị điện cao áp

3.3 Chọn và kiểm tra thiết điện bị hạ áp (Kể cả các tủ điện phân phối) 3.4 Nhận xét đánh giá

4 Thiết kế trạm biến áp và máy phát điện dự phòng cấp điện cho tòa nhà

4.1 Tổng quan về nguồn cấp điện cho tòa nhà (TBA và Máy phát điện dự phòng)4.2 Chọn phương án thiết kế (TBA) và máy phát điện dự phòng

4.3 Sơ đồ nguyên lý, mặt bằng, mặt cắt của TBA và máy phát điện dự phòng4.4 Tính toán nối đất cho TBA (Có sơ đồ nối đất TBA cụ thể)

4.5 Nhận xét

5 Thiết kế mạng điện của một căn hộ

5.1 Thiết lập sơ đồ bố trí thiết bị gia dụng (trên sơ đồ mặt bằng căn hộ)

5.2 Chọn và kiểm tra các thiết bị của mạng điện căn hộ (theo sơ đồ nguyên lýmạng điện căn hộ)

5.3 Kê thiết bị điện của căn hộ 5.4 Nhận xét kết quả tính toán

1 Sơ đồ mặt bằng chung cư với các vị trí tủ phân phối

2 Sơ đồ và kết quả so sánh kinh tế - kỹ thuật các phương án cấp điện cho tòanhà

3 Sơ đồ nguyên lý mạng điện cung cấp cho tòa nhà chung cư với đầy đủ mãhiệu thiết bị

4 Sơ đồ nguyên lý, sơ đồ mặt bằng và mặt cắt TBA và máy phát điện dựphòng Sơ đồ hệ thống nối đất TBA

5 Sơ đồ nguyên lý, sơ đồ bố trí thiết bị và dây dẫn của căn hộ điển hình.

PHẦN I: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ LẬP DỰ TOÁN CÔNGTRÌNH

Chương I

XÁC ĐỊNH NHU CẦU PHỤ TẢI

1.1 Đặt vấn đề.

Khi thiết kế cung cấp điện cho một công trình nào đó nhiệm vụ đầu tiên của

chúng ta là xác định phụ tải điện của công trình ấy Tuỳ theo qui mô của công trìnhmà phụ tải điện phải xác định theo phụ tải thực tế hoặc còn phải kể đến khả năngphát triển của công trìnhtrong tương lai 5 năm, 10 năm hay lâu hơn nữa Ngườithiết kế cần biết phụ tải tính toán để chọn các thiết bị điện như : máy biến áp, dâydẫn, các thiết bị đóng cắt bảo vệ…để tính các tổn thất công suất, điện áp …

Phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như : công suất và số lượng các máy…vìvậy xác định chính xác phụ tải tính toán là một nhiệm vụ rất quan trọng Bởi vì nếuphụ tải tính toán được xác định nhỏ hơn phụ tải thực tế thì sẽ làm giảm tuổi thọ cácthiết bị điện, có khi dẫn đến nổ nguy hiểm Nếu phụ tải tính toán lớn hơn phụ tảithực tế nhiều thì các thiết bị điện được chọn sẽ quá lớn so với yêu cầu, do đó gâylãng phí

1.2 Phụ tải điện sinh hoạt

Trước hết ta xác định mô hình dự báo phụ tải: coi năm cơ sở là năm hiện tạit0=0, áp dụng mô hình (1.22) trang 13 sách bài tập cung cấp điện- NXBKH&KT códạng Pt = P0 + P0(t-t0) = P0(1+(t-t0)) = 1,36(1+0.03t)

Các hộ gia đình có những thiết bị điện khác nhau lên ta lấy bình quân mỗi hộcó P0 = 2,5 kW Chu kì là 15 năm.

Phụ tải tính toán sẽ là phụ tải ở năm cuối của chu kì thiết kế Suất phụ tảicủa mỗi hộ gia đình ở cuối chu kì thiết kế là :

p0-15= 2,5x(1+0,03.15) = 3,625 (kW)

Tính toán tương tự cho các năm khác, kết quả cho trong bảng

Để tiện chọn thiết bị ngoài việc xác định phụ tải tổng của toàn khu chung cư,ta cần xác định phụ tải riêng của mỗi tầng Hệ số đồng thời của mỗi tầng được xácđịnh theo biểu thức

Công suất tính toán của mỗi tầng:

. 015

. 0 15

tandg kdtdp  nho 

Ptang= Max( ngPtan ; d

Ptan ) = Max(36,092;61,915) = 61,915 (kW)Hệ số đồng thời của toàn chung cư với tổng số n = 20x 9 =180 hộ

Phụ tải sinh hoạt ngày và đêm của toàn chung cư:

Pkn.p015.n 0,403.3,625.180264,915

PP

= 0,55 + 1  06,55 = 0,733 Công suất tính toán của trạm bơm là:

Pb = kncnbPnbom = 0,733.6.10 =43,98 (kW)

Chọn hệ số tham gia cực đại ngày = 1, hệ số tham gia cực đại đêm = 0,55Công suất tính toán ở các thời điểm cực đại:

- Ngày Pbngay = 1.43,98 = 43,98 (kW) - Đêm Pbdem = 0,55 43,98 = 24,189 (kW)

áp dụng phương pháp số gia ta có:Công suất tính toán của nhóm động lực là:

cos .cos .cos

Tống diện tích chiếu sang trong nhà của toàn tòa nhà là:S= 20x9x84 = 15120 (m2)

Vậy công suất chiếu sáng là:

P1cs= S x p0 = 15120 x5 = 75600 (W) = 75.6 (kW)

b Chiếu sáng bên ngoài

Chọn suất phụ tải chiếu sáng s0 của hành lang bằng p0= 5 (W/m2) trong nhàta có:

Ta coi chiều dài của tòa nhà là 110m, chiều rộng của hành lang là 5m

Diện tích hành lang là Shl = 550 (m2)

 Vậy công suất chiếu sang hành lang là:

Pcshl = Shl x s0 = 550 x5 x9 =24750 (W) = 24,75 (kW) Coi tầng hầm có diện tích bằng 1 tầng với s0 = 5 (W/m2)

Stang ham= (8,1x2+5)x110 = 2332 (m2)Công suất chiếu sáng tầng hầm là:

Ptang ham = Stang ham x p0 = 2332 x 5 = 11660 (W) = 11.66 (kW)

Tổng công suất chiếu sang bên ngoài là:

P2cs= Pcshl + Ptang ham = 24.75+ 11.66 = 36.41 (kW)

1.5 Tổng hợp phụ tải

Ta có: tổng công suất chiếu sáng

Pcs= kdt (P1cs + P2cs) = 1.(75,6+ 36.41) = 112.01 (kW)

Hệ số đồng thời của hai nhóm phụ tải chiếu sáng đều bằng 1, kdt=1

Suy ra: phụ tải tổng hợp của toàn chung cư xác định theo phương pháp sốgia

Bảng 3.2 Số liệu về phụ tải tính toán của các nhóm ở các giờ cao điểm

Công suất ở giờ cao điểm (kW)

Phụ tải sinh hoạt Động lực Chiếu sáng

264.915 490.027 40.4 26.301 0 112.01Công suất tính toán của hai nhóm động lực và chiếu sáng

Pdln&cs Pdln 40.4(kW)

= 107,22(kW)

Số gia của phụ tải và chiếu sáng ở các thời điểm cực đại:

Công suất tổng hợp của toàn chung cư:

PPPn& 264,91527,358292,273(kW)



Như vậy công suất tính toán là:

Ptt = max (Pn;Pd) = max(292,273 ; 571,126) = 571,126 (kW) Coi hệ số công suất của phụ tải chiếu sáng bằng 1 ta có hệ số công suất tổng là:

Cos

Qtt = Ptt tg 571,126.tg230242,428kVAr



CHƯƠNG II: XÁC ĐỊNH PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU2.1 Sơ đồ các phương án cấp điện cho tòa nhà.

- Vị trí của máy biến áp, tủ phân phối tổng và máy phát điện dự phòng, máy bơm làở tầng hầm của tòa nhà để thuận tiện cho bảo quản và vận hành sửa chữa

-Động cơ thang máy đặt trên nóc nhà để thuận tiện cho hoạt động.

* Các phương án cấp điện cho tòa nhà: Ta chọn sơ đồ cấp điện kiểu hình tia để

đảm bảo thuận tiện cấp điện là tối ưu và thuận tiện cho việc vận hành sửa chữa nhất.

- Chọn dây dẫn đến các tầng sinh hoạt

Có thể thực hiện theo hai phương án:

Phương án 1: mỗi tầng một tuyến dây đi độc lập

Phương án 2: chọn một tuyến dây dọc chung cho tất cả các tầng.

2.3 Nhận xét

Ta thấy cả 2 phương án đều đạt yêu cầu về chất lượng điện cung cấp, song ở phương án 2 yêu cầu chi phí thấp hơn và dễ dàng cho việc thi công lắp đặt hơn nênchúng em chọn phương án 2.

Hình 2.1- Sơ đồ nguyên lý cấp điện cho tòa nhà 9 tầng.

3.2 Chọn phương án thiết kế (TBA) và máy phát điện dự phòng.* Sơ bộ vị trí máy biến áp:

-Để lựa chọn được vị trí tối ưu cho TBA cần thỏa mãn các điều kiện sau:

+ Vị trí trạm cần phải được đặt ở những nơi thuận tiện cho việc lắp đặt, vận hànhcũng như thay thế và tu sửa sau này (phải đủ không gian để có thể dễ dàng thaymáy biến áp, gần các đường vận chuyển )

+ Vị trí trạm phải không ảnh hưởng đến giao thông và vận chuyển vật tư chínhcủa xí nghiệp.

+ Vị trí trạm còn cần phải thuận lợi cho việc làm mát tự nhiên (thông gió tốt), cókhả năng phòng cháy nổ tốt.

Từ những điều kiện trên ta chọn vị trí máy biến áp và máy phát điện ở tầng hầm của toàn nhà.

* Chọn máy biến áp:

Vì máy biến áp đạt trong tầng hầm tòa nhà nên ta coi tổn thất từ máy biến áp tớicác tủ phân phối là không đáng kể so với công suất tiêu thụ của toàn nhà.

Công suất biểu kiến của tòa nhà là: Stt = 627,610 (kVA).

VÌ nguồn cấp có U= 22kV nên ta chọn máy biến áp 3 pha do ABB sản xuất cóSđm= 630 (kVA) ( tra bảng phụ lục 6 giáo trình Cung Cấp Điện – ĐHCNHN).

* Chọn máy phát điện dự phòng:

Tuy là loại hộ tiêu thụ loại 3 được phép mất điện trong một khoảng thời gian, tuynhiên để đảm bảo nhu cầu sinh hoạt tối thiểu và đảm bản an toàn, an ninh phụ tảiđộng lực và chiếu sáng bên ngoài vẫn phải đảm bảo có điện.

Ta có:

Công suất tính toán của chiếu sáng bên ngoài là: P2cs= 36,41 (kW) Hệ số đồng thờikđt = 1 nên công suất biểu kiến là S2cs = 36,41 (kVA).

Công suất tính toán của phụ tải động lực là: Pđl = 40,4.

Hệ số công suất là Cosdl = 0,73 cho nên Sđl = 55.342kVA

Vậy công suất biểu kiến là S = S2cs

+ Sđl

= 36.41 + 55.342 = 91.752 (kVA).Chọn máy phát điện có công suất biểu kiến là 100 (kVA).

3.3 Sơ đồ nguyên lý, mặt bằng, mặt cắt của TBA và máy phát điện dự phòng

Hình 3.1 - Sơ đồ nguyên lí trạm biến áp

Hình 3.1- Mặt bằng của trạm biến áp và máy phát điện dự phòng.

Hình 3.3- Mặt cắt của trạm biến áp và máy phát điện

Hình 3.4 - Sơ đồ nguyên lí máy phát điện

Hình 3.5 -Sơ đồ nguyên lí mạch ATS cho máy phát điện

Hình 3.6 - Sơ đồ đấu dây mạch ATS

3.4 Tính toán nối đất cho TBA (Có sơ đồ nối đất TBA cụ thể)

Hệ thống cung cấp điện làm nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng đến các hộtiêu thụ Vì vậy đặc điểm quan trọng của hệ thống cung cấp điện là phân bố trêndiện tích rộng và thường xuyên có người làm việc với các thiết bị điện Cách điệncủa các thiết bị điện bị chọc thủng, người vận hành không tuân theo qui tắc antoàn… đó là những nguyên nhân chủ yếu gây tai nạn bị điện giật Sét đánh trựctiếp hoặc gián tiếp vào thiết bị điện không những làm hư hỏng các thiết bị điện màcòn gây nguy hiểm cho người vận hành Vì thế trong hệ thống cung cấp điện nhấtthiết phải có biện pháp an toàn có hiệu quả và tương đối đơn giản là thực hiện việcnối đất và đặt các thiết bị chống sét.

Tai nạn điện giật thường xảy ra do người vận hành vô ý chạm phải bộ phậnmang điện hoặc do tiếp xúc với các bộ phận của các thiết bị điện bình thường

không mang điện nhưng do cách điện bị hỏng trở nên có điện Để tránh điện giậtngười ta thực hiện việc nối đất các bộ phận có thể bị mang điện khi cách điện bịhỏng thông thường các vỏ máy bằng kim loại đều phải nối đất.

Hệ thống nối đất cho chống sét và hệ thống nối đất cho thiết bị nhằm đảmbảo an toàn cho người vận hành hoàn toàn riêng rẽ nhau.

Như đã biết, điện trở nối đất cho phép đối với trạm biến áp có công suất >100 kVA là Rtđ = 4, giả định điện trở suất của vùng đất là 1 102 ( m) Ta coihệ số mùa là Km= 2

Do không có hệ thống tiếp địa tự nhiên nên điện trở của hệ thống tiếp địanhân tạo.

Dự kiến ta dùng hệ thống nối đất hỗn hợp gồm nhiều các cọ thép góc 90060x60x6mm dài 2,5m chôn thẳng đứng theo hình mạch vòng hình chữ nhật, mỗicọc cách nhau 5 m xung quang trạm biến áp Thanh ngang là thép dẹt 40x5mm đcchôn ở độ sâu là 0,8 m.

Tính toán nối đất: Theo công thức trong giáo trình Vật liệu điện và An toànđiện trang 170 của ĐHCNHN.

Chiều dài cọc là 2,5m.

Độ chôn sâu của cọc là: t = 0,8 + = 2,05 (m).Đường kính cọc là: d = 0,95 x 0,o6 = 0,057 (m).Điện trở : ρ = ρđo Km = 1x102 x 2= 200 (m).

 Công thức của điện trở của cọc là:

 Công thức điện trở của thanh là:Rt =

dtKLL ln .2

(m)L= 5x20 = 100(m).

Thay số vào ta đc Rt= 5.5().

 Như vậy điện trở của hệ thống nối đất là:Rht=t.RcRt.RcncRt

Thay vào ta đc Rht= 3.73 () ˂ Ryc= 4().Ta có sơ đồ bố trí cọc hệ thông nối đất sau:

Hình 4.6 - Sơ đồ hệ thống nối đất của trạm biến áp.

Thanh ngang Cọc đứng

CHƯƠNG IV: CHỌN VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ ĐIỆN CHO SƠ ĐỒ 4.1 Tính toán ngắn mạch

SBA = 630 (kVA), PN = 8 (kW); UN% = 4%Xác định điện trở của các phần tử tính trong hệ đơn vị có tên

Máy biến áp:

% N2 r222

Rd1 = 0,17.45 = 7,65 (m)Xd1 = 0,06.45 = 2,7 (m)Rd2 = 1,25.42 = 52,5 (m)Xd2 = 0,07.42 = 2,94 (m)

Điện trở ngắn mạch tại điểm N1 là:

Thành phần chu kì của dòng điện ngắn mạch ba pha:

Hằng số thời gian

Tính toán tương tự cho các điểm N2 và N3

4.2 Chọn và kiểm tra thiết bị điện cao áp

4.2.1- Chọn cầu chì cao áp

Chức năng của cầu chì là bảo vệ quá tải và ngắn mạch.Điều kiện chọn cầu chì cao áp là:

- UđmCC  Uđmmạng- IđmCC  Ilvmax

Ta có : Ilvmax = 1,25.Iđm = 1,25 1,25. 6303.22.

3 dm 

= 16,533(A)Ta chọn cầu chì cao áp Uđm = 22 (kV) có Iđm = 25 (A)

Vậy cầu chì cao áp đã chọn thoả mãn yêu cầu kĩ thuật.

4.2.2 - Chọn dao cách ly

Dao cách ly (còn gọi là cầu dao) có nhiệm vụ chủ yếu là cách ly phần có điệnvà phần không có điện tạo khoảng cách an toàn phục vụ cho công tác sữa chữa,kiểm tra, bảo dưỡng.

Căn cứ vào dòng điện làm việc Ilvmax aa chọn dao cách ly kiểu chem đứngcao áp Uđm = 22 (kV) có Iđm = 25 (A)

4.3 Chọn và kiểm tra thiết điện bị hạ áp

Các thiết bị điện dùng trong mạng điện áp thấp (U<1000V) như cầu dao, aptomat,

công tắc tơ, cầu chì….Đều được chọn theo điều kiện điện áp định mức, dòng điệnđịnh mức, kiểu loại và hoàn cảnh làm việc

Những thiết bị như aptomat, cầu chì thì được kiểm tra thêm theo điều kiệncông suất cắt Nói chung các thiết bị điện hạ áp đều được thiết kế ở mức chịu đượclực điện động và hiệu ứng nhiệt do dòng ngắn mạch gây ra khi máy biến áp cócông suất nhỏ hơn 1000 kVA Do vậy không cần phải kiểm tra chúng theo điềukiện ổn định động và ổn định nhiệt nữa Việc chọn thiết bị phân phối ở phía hạ ápcó ý nghĩa rất quan trọng Phải chọn thiết bị điện như thế nào để hệ thống điện vậnhành ở chế độ làm việc lâu dài.

4.3.1 Chọn thanh cái

Dòng làm việc chạy qua thanh cái:

 AU

Tra bảng 8-6 Tr.276 sách CCĐ-NXBKH&KT

Ta có Jkt =2,1 với thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax =3750 (h)