kỹ thuật điện công trình

giáo trình kỹ thuật điện công trình giúp cho đọc giả hiểu được nguyên lý hoạt động của mạng điện trong nhà, áp dung được vào thực tế, tính toán chon dây dẫn , CB, và các vật dung liên quan đến điện, giúp thiết kế được mang điện trong công trình một cách nhanh chống và hiệu quả.

TRƯỜNG CAO ĐẲNG XÂY DỰNG SỐ KHOA XÂY DỰNG – BỘ MÔN MÁY XÂY DỰNG BÀI GIẢNG CHUNG KỸ THUẬT ĐIỆN CƠNG TRÌNH Hà nội 5.2013 [1] LỜI MỞ ĐẦU Trường cao đẳng xây dựng, tháng năm 2013 “Kỹ thuật điện cơng trình” mơn học xây dựng tảng môn học Kỹ thuật điện, cung cấp điện, hệ thống điện áp dụng cho sinh viên khối ngành xây dựng, môn học tập trung sâu nghiên cứu vấn đề liên quan đến hệ thống cung cấp, trang bị điện chống sét cho cơng trình xây dựng dân dụng công nghiệp Với chủ trương chung Đảng ủy – Ban giám hiệu Nhà trường, việc dạy học cần sát với thực tiễn ngành xây dựng, môn máy xây dựng xây dựng thành công giảng chung cho mơn học “Kỹ thuật điện cơng trình” Bài giảng chung “Kỹ thuật điện cơng trình” nhằm giúp cho giảng viên thống nội dung, kiến thức giảng dạy bên cạnh chủ yếu nhằm làm tư liệu học tập cho sinh viên, thời lượng học tập lớp hạn chế, hy vọng với sáng tạo tư độc lập sinh viên giảng chung củng cố thêm kiến thức cần thiết Bài giảng chung “Kỹ thuật điện cơng trình” soạn in lần nên không tránh khỏi hạn chế, mong bạn đọc góp ý kiến gửi môn máy xây dựng để giảng ngày hồn chỉnh Thay mặt mơn, nhóm biên soạn gồm Ths.Ks Lê Anh Đức, Ths.Ks Nguyễn Trường Sinh trân trọng cảm ơn [2] CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP I Tổng quan hệ thống điện: Ngày nói đến hệ thống lượng, thơng thường người ta thường hình dung hệ thơng điện, khơng phải tượng ngẫu nhiên mà chất vấn đề Lý chỗ lượng điện có ưu sản xuất, khai thác truyền tải, toàn lượng khai thác tự nhiên người ta chuyển đổi thầnh điện trước sử dụng Từ hình thành hệ thống điện nhằm truyền tải, phân phối cung cấp điện đến hộ sử dụng điện Một số đặc điểm điện năng: + Dễ chuyển hoá thành dạng lượng khác (quang, nhiệt, năng…) + Dễ truyền tải truyền tải với hiệu suất cao + Khơng có sắn tự nhiên, khai thác chuyển hoá thành điện Ở nơi sử dụng điện lại dễ dàng chuyển thành dạng lượng khác Ngày phần lớn lượng tự nhiên khác khai thác chỗ đổi thành điện (Ví dụ Nhà máy nhiệt điện thường xây dựng nơi gần nguồn than; nhà máy thủy điện gần nguồn nước…) Đó lý xuất hệ thống truyền tải, phân phối cung cấp điện mà thường gọi hệ thống điện + Điện sản xuất ra, nói chung khơng tích trữ Vì thời điểm ln ln phải đảm bảo cân lượng điện sản xuất với điện tiêu + Quá trình điện xảy nhanh + Điện nguồn luợng ngành: CN nặng, CN nhẹ điều kiện quan trọng để phát triển đô thị khu dân cư Định nghĩa: Hệ thống điện bao gồm khâu sản xuất điện năng; khâu truyền tải; phân phối cung cấp điện đến tận hộ dùng điện [3] “Cơng trình điện” hiểu tổ hợp cơng trình xây dựng vật kiến trúc, trang thiết bị để phát điện, truyền tải phân phối điện Cơng trình điện bao gồm nhà máy, tổ máy phát điện, trạm biến áp, đường dây dẫn điện trang thiết bị đồng kèm theo II Nguồn điện: Nguồn điện thiết bị phát điện Về nguyên lý, nguồn điện thiết bị biến đổi dạng lượng năng, hóa năng, nhiệt thành điện Các dạng nguồn điện TỶ LỆ NGUỒN PHÁT ĐIỆN NĂM 1997 (EVN) Thủy điện Hòa Bình (36,6%) NĐ Than (17,36%) TBK Gas (10,29%) Diezel (1,2%) TBK Dầu (4,96%) Thủy điện khác (23,26%) [4] NĐ Dầu (5,26%) Nhà máy thủy điện Hòa Bình Hồ thượng lưu Hồ hạ lưu 3.Đập ngăn Đường ống dẫn nước áp lực Hợp tuốc bin – Máy phát Cửa xả nước sau tuốc bin Ưu, nhược điểm nhà máy thủy điện 3.1 Ưu điểm - Công suất nhà máy tùy thuộc vào lực nguồn nước, từ vài MW đến hàng trăm hàng ngàn MW - Tính linh hoạt vận hành cao, vài phút huy động hết cơng suất nhà máy - Số lượng người quản lý vận hành không nhiều, chất thải sạch, - Kết hợp phát điện với điều tiết thủy lợi, phát triển giao thông, du lịch [5] 3.2 Nhược điểm - Phải ngăn sông tạo hồ nước lớn trải rộng dọc theo lưu vực sơng làm thay đổi tất hệ sinh thái vùng Thay đổi tập quán sinh họat, lao động văn hóa quần cư lưu vực -Khai thác công suất phụ thuộc vào thủy chế hồ chứa, thời tiết khí hậu năm -Hoạt động nhà máy phụ thuộc nhiều vào ngành liên quan thụ động III Mạng lưới điện Điện sau sản xuất từ nguồn phát truyền tải - cung cấp phân phối tới hộ tiêu thụ điện nhờ mạng lưới điện Hệ thống điện bao gồm toàn khâu phát điện - truyền tải - cung cấp - phân phối đến hộ tiêu thụ điện Mạng lưới điện bao gồm hai phận chủ yếu: Đường dây tải điện trạm biến áp khu vực Mạng điện xí nghiệp có phạm vi nhỏ, bao gồm có trạm biến áp mạng phân phối điện đến thiết bị dùng điện xí nghiệp Cấp điện áp định mức mạng điện chọn cao cơng suất truyền tải độ dài truyền tải lớn Cấp điện áp định mức cao vốn đầu tư xây dựng chi phí vận hành tính phức tạp mạng điện tăng theo Do ứng với lượng cơng suất khoảng cách truyền tải định, để chọn cấp điện áp định mức cho hợp lý ta phải giải toán so sánh kinh tế kỹ thuật IV Hệ dẫn điện Hệ dẫn điện tập hợp dây dẫn điện, cáp điện với kết cấu, chi tiết kẹp, đỡ bảo vệ liên quan tới chúng, lắp đặt theo quy phạm Hệ dẫn điện phân loại sau: Hệ dẫn điện hở hệ dẫn điện lắp đặt bề mặt tường, trần nhà, kèo phần kiến trúc khác tồ nhà cơng trình, cột điện Đối với hệ dẫn điện [6] hở, áp dụng phương pháp lắp đặt dây dẫn cáp điện sau: trực tiếp mặt tường, trần nhà v.v dây đỡ, dây treo, puli, vật cách điện, ống, hộp, ống mềm kim loại, máng, gờ chân tường ốp kỹ thuật điện, treo tự v.v Hệ dẫn điện hở cố định, di động di chuyển Hệ dẫn điện kín hệ dẫn điện lắp đặt bên phần kiến trúc tồ nhà cơng trình (tường, nền, móng, trần ngăn), trần ngăn làm sàn, trực tiếp bên sàn tháo Đối với hệ dẫn điện kín, áp dụng phương pháp sau để lắp đặt dây dẫn cáp điện: ống, ống mềm kim loại, hộp, mương kín khoảng trống kết cấu xây dựng, rãnh trát vữa, khối liền kết cấu xây dựng V Phụ tải điện Dữ kiện tối quan trọng toán thiết kế cung cấp điện phụ tải điện Việc xác định xác giá trị phụ tải cho phép lựa chọn thiết bị sơ đồ cung cấp điện, đảm bảo tính kinh tế, kỹ thuật hệ thống cung cấp điện Các nhân tố cơng suất, loại vị trí thiết bị tiêu thụ cho phép xác định cấu trúc sơ đồ tham số phần tử hệ thống cung cấp điện Thường kiện tốn thiết kế cho biết cơng suất đặt thiết bị tiêu thụ điện, nhiên đốt nóng phần tử thiết bị điện phụ thuộc vào chệ độ làm việc hộ dùng điệnn cần phải xem xét phụ tải theo dòng điện I, cơng suất tác dụng P, cơng suất phản kháng Q cơng suất tồn phần S Việc lựa chọn thiết bị, phần tử hệ thống cung cấp điện thực dựa kết tính tốn phụ tải Sai số tốn xác định phụ tải dẫn đến việc lựa chọn sơ đồ thiếu xác, dẫn đến giảm sút tiêu kinh tế, kỹ thuật hệ thống cung cấp điện Nếu kết tính tốn lớn so với giá trị thực dẫn đến lãng phí vốn đầu tư, thiết bị lựa chọn không làm việc hết công suất, dẫn đến hiệu thấp; Nếu kết tính tốn nhỏ giá trị thực, dẫn đến làm việc tải thiết bị, không sử dụng hết khả thiết bị công nghệ, làm giảm suất, làm tăng tổn thất điện giảm tuổi thọ thiết bị điện Như toán xác định phụ tải giai đoạn tối quan trọng trình thiết kế cung cấp [7] điện Tuy nhiên, việc xác định xác giá trị phụ tải khơng thể, có nhiều nhân tố ảnh hưởng đến chệ độ tiêu thụ điện, dó có nhân tố tác động ngẫu nhiên Nhìn chung sai số cho phép tốn khoảng ± 10% Các tham số quan trọng tham gia q trình tính tốn phụ tải là: - Cơng suất định mức công suất thiết bị ứng với với điều kiện chuẩn nhà máy chế tạo ghi hộ chiếu thiết bị Đối với động điện, công suất định mức ghi nhãn hiệu máy, cơng suất trục Đối với thiết bị làm việc chế độ ngắn hạn lặp lại, tính tốn, cơng suất định mức quy chế độ làm việc dài hạn ứng với hệ số tiếp điện định mức εn: P’n = Pn εn Ở P’n công suất định mức quy chế độ làm việc dài hạn; εn- hệ số tiếp điện định mức - Công suất tiêu thụ trung bình khoảng thời gian xét t xác định từ biểu thức sau: Ptb = Ar ; t Ar - điện tác dụng phản kháng tiêu thụ khoảng thời gian t Công suất tiêu thụ trung bình đóng vai trò quan trọng việc phân tích chế độ, xác định phụ tải tính tốn tổn hao điện - Công suất cực đại công suất lớn xuất khoảng thời gian xét Phân biệt hai loại công suất cực đại: * Công suất cực đại ổn định (PM) công suất tiêu thụ lớn tác động khoảng thời gian không 30 phút Đây công suất để đánh giá chế độ làm việc chọn thiết bị điện theo điều kiện đốt nóng cho phép * Công suất cực đại đỉnh nhọn - Pđnh công suất lớn xuất khoảng thời gian ngắn (ví dụ khởi động động cơ) Người ta vào giá trị phụ tải để kiểm tra dao động điện áp, điều kiện tự khởi động động cơ, chọn dây chảy tính dòng điện khởi động rơle bảo vệ Ngoài trị số phụ tải đỉnh nhọn, người ta quan tâm đến số lần xuất nó, tần số xuất lớn mức độ ảnh [8] hưởng tới làm việc bình thường thiết bị dùng điện khác mạng điện cao - Công suất tính tốn cơng suất giả định lâu dài khơng đổi, tương đương với phụ tải thực tế mặt hiệu ứng nhiệt lớn Các thiết bị điện chọn theo công suất đảm bảo an toàn trạng thái vận hành Trong thực tế cơng suất tính tốn thường lấy cơng suất cực đại ổn định (Ptt=PM) Đơn giản nhất, phụ tải điện thiết bị tiêu thụ điện biến đổi điện thành dạng lượng khác năng, nhiệt năng, quang năng… Tất thiết bị điện phân loại theo đặc điểm vận hành kỹ thuật sau: thiết bị sản xuất; điều khiển sản xuất; chế độ dùng điện; cơng suất điện áp; loại dòng điện; mức độ tin cậy cung cấp điện v.v Phân loại theo cấp điện áp Theo cấp điện áp tất thiết bị điện phân thành hai loại: thiết bị hạ áp (có U≤1000 V) thiết bị cao áp (U>1000 V) Phân loại theo loại dòng điện - Thiết bị làm việc mạng điện xoay chiều tần số công nghiệp (50 Hz); - Thiết bị làm việc mạng điện tần số cao thấp; - Thiết bị làm việc mạng điện chiều Phân loại theo chế độ làm việc - Thiết bị làm việc với chế độ dài hạn: Các thiết bị có phụ tải khơng thay đổi thay đổi suốt thời gian làm việc động máy bơm, máy quạt v.v - Thiết bị làm việc chế độ ngắn hạn: Các thiết bị làm việc khoảng thời gian ngắn chưa đủ để nhiệt độ tăng lên đến giá trị xác lập, ví dụ máy cắt kim loại, máy trộn v.v - Thiết bị làm việc chế độ ngắn hạn lặp lại: trường hợp thiết bị làm việc theo chế độ luân phiên: đóng, cắt thời gian gian tồn chu trình khơng vượt q 10 phút, ví dụ máy nâng hạ, máy hàn, thang máy v.v [9] Phân loại theo dạng lượng biến đổi phân thành nhóm: động lực, chiếu sáng, tạo nhiệt v.v Phân loại theo vị trí lắp đặt - Thiết bị điện lắp đặt cố định, di động - Thiết bị điện lắp đặt nhà, trời - Thiết bị điện lắp đặt điều kiện đặc biệt nóng, ẩm, bụi, có khí ăn mòn, có khí bụi nổ VI Đặc điểm kỹ thuật thiết bị điện công nghiệp Thiết bị động lực Thiết bị động lực công nghiệp chiếm tỷ lệ lớn Phụ thuộc vào đặc điểm q trình cơng nghệ động điện động điện xoay chiều (khơng đồng bộ, động đồng bộ), động điện chiều với gam công suất khác Điện áp định mức động xoay chiều ba pha chủ yếu 0,38; 0,66; 3; 10 kV Gam cơng suất phổ biến 0,1÷350; 1÷600; 100÷1000; 20÷1000 1000 kW Các động điện chiều thường sử dụng điện áp 220 440 V công suất từ 0,3÷329 kW Thiết bị tạo nhiệt Thiết bị tạo nhiệt chủ yếu lò điện cấu chuyển đổi điện thành nhiệt thường làm việc theo nguyên lý: điện trở, cảm ứng, hồ quang nguyên lý hổn hợp Các lò nhiệt điện trở thường cung cấp mạng điện 380/220V tần số cơng nghiệp 50Hz Tồn loại lò điện pha ba pha công suất từ vài chục đến hàng ngàn kW Hệ số công suất thiết bị cao (sấp sỉ 1, lò gián tiếp 0,7 ÷ 0,9 lò trực tiếp) Các lò điện cảm ứng chế tạo có khơng có lõi thép Loại lò cảm ứng có lõi thép làm việc với tần số cơng nghiệp, điện áp 380/220 V cao hơn, phụ thuộc vào cơng suất Chúng thiết bị một, hai ba pha công suất đến 2000 kVA Hệ số công suất loại thiết bị dao động phạm vi rộng: cosϕ = 0,2 ÷ 0,8 [10] - Là loại khí cụ điện dùng để bảo vệ thiết bị điện lưới điện bị cố tải ngắn mạch - Kí hiệu cầu chì vẽ kỹ thuật Cầu chì thơng thường Cầu chì tự rơi pha [39] CHƯƠNG IV TÍNH CHỌN DÂY, CÁP VÀ KHÍ CỤ ĐIỆN BÊN TRONG CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG CẤP III I Khái niệm chung - Tiết diện dây dẫn lõi cáp phải lựa chọn nhằm đảm bảo làm việc an toàn, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật kinh tế mạng điện, yêu cầu kỹ thuật ảnh hưởng đến việc chọn tiết diện dây là: Phát nóng dòng điện làm việc lâu dài (dài hạn) Phát nóng dòng ngắn mạch (ngắn hạn) Tổn thất điện áp dây dẫn cáp trạng thái làm việc bình thường cố Độ bền học dây dẫn an toàn Vầng quang điện - Với điều kiện ta xác định tiết diện, tiết diện dây dẫn bé chúng tiết diện cần lựa chọn thoả mãn điều kiện kỹ thuật Tuy nhiên có điều kiện kỹ thuật thuộc phạm vi an tồn dây dẫn sau lựa chọn theo điều kiện khác cần phải ý đến điều kiện riêng loại dây dẫn, vị trí mơi trường nơi sử dụng để lựa chọn dơn giản xác Ví dụ: + Yếu tố vầng quang điện độ bền học ý chọn tiết diện dây dẫn không + Điều kiện phát nóng dòng ngắn mạch ý chọn cáp + Để đảm bảo độ bền học người ta qui định tiết diện dây tối thiểu cho loại dây ứng với cấp đường dây (vật liệu làm dây, loại hộ dùng điện, địa hình mà dây qua…) + Yếu tố vầng quang điện đề cập tới điện áp đường dây từ 110 kV trở lên Để ngăn ngừa làm giảm tổn thất vầng quang điện người ta qui định đường kính dây dẫn tối thiểu ứng với cấp điện áp khác Ví dụ: với cấp 110 kV d > 9,9mm → tương ứng 70 mm2 [40] 220 kV d > 21,5mm → tương ứng 120 mm2 + Ngoài yếu tố kỹ thuật an toàn tiết diện dây dẫn lựa chọn theo điều kiện kinh tế để cho hàm chi phí tính toán Ztt nhỏ - Để phù hợp với trình độ sinh viên trình bầy số phương pháp II Lựa chọn tiết diện dây khơng cáp theo điều kiện phát nóng: Sự phát nóng có dòng điện chạy qua: - Khi có dòng điện chạy qua, hiệu ứng Jun vật dẫn nóng lên Nếu nóng giảm độ bền học, làm giảm tuổi thọ phá hỏng đặc tính cách điện chất cách điện xung quanh dây bọc (lõi cáp) Vì để hạn chế phát nóng mức người ta qui định nhiệt độ phát nóng lâu dài cho phép tương ứng với loại dây là: 700C với dây dẫn không; 550C với cáp bọc cao su; 800C với cáp điện có điện áp đến kV; 650C với cáp kV 600C với cáp 10 kV… - Q trình phát nóng vật dẫn sau: Năng lượng dùng để phát nóng tính Q = ∆P.t = I2R.t Như lúc đầu nhiệt độ dây nóng lên khơng ngừng, nhiên ngồi q trình đốt nóng có q trình toả nhiệt (phụ thuộc vào mức chênh nhiệt độ dây) Sự chênh nhiệt độ vật dẫn lớn trình toả nhiệt mạnh Vì dòng điện không đổi nhiệt độ dây dẫn dừng lại mức (sau thời gian ổn định nhiệt) nhiệt lượng cung cấp nhiệt độ tỏa môi trường (cân nhiệt) - Như phát nóng dòng điện làm việc dài hạn gây ra, tính cân nhiệt Nhiệt lượng sản đơn vị thời gian dòng điện dây có điện trở tác dụng R lượng nhiệt toả môi trường xung quanh thời gian đó: (lúc khơng xét tới yếu tố thời gian nữa) Q = I2.R = K.S.(θ - θ0) - Trong đó: K - hệ số toả nhiệt (phụ thuộc mơi trường xung quanh) S - diện tích mặt ngồi dây dẫn (diện tích toả nhiệt) [41] θ; θ0 - Nhiệt độ dây dẫn nhiệt độ môi trường xung quanh - Nếu khống chế để θ = θcf , qui định ứng với loại dây cụ thể (R = ρ l/F) qui định cụ thể θ0 , điều kiện làm mát cụ thể thì: I cf = K.S.(θ cf R −θ ) (II.1) - Từ (II.1) cho ta thấy tính sẵn Icf với loại dây cụ thể ta qui định chi tiết S; R(F); θcf ; K; θ0 ứng với điều kiện cụ thể ta tính Icf từ lập bảng Icf = f(F; loại dây; điều kiện tiêu chuẩn), cần ý nhiệt độ khơng khí xung quanh (tính trung bình) thường lấy +250C; đất thường lấy +150C Chọn dây dẫn theo điều kiện phát nhiệt (nóng): - Thực chất chọn loại dây có sẵn với tiết diện tiêu chuẩn (Ftc) dòng cho phép (Icf) cho lắp đặt vào với dòng thực tế nhiệt độ khơng vượt q nhiệt độ cho phép (thực tế biết θcf mà thường biết Icf) để chọn dây ta có: I lv max ≤I cf K K (II.2) -Trong đó: Ilvmax - dòng điện cực đại lâu dài dây dẫn Icf - dòng cho phép tra bảng (theo ĐK tiêu chuẩn) K1; K2 - hệ số hiệu chỉnh K1 - Chú ý đến nhiệt độ môi trường xung quanh khác tiêu chuẩn K2 - Hệ số xét tới điều kiện làm mát (toả nhiệt) khác tiêu chuẩn (phụ thuộc vào số lượng đường cáp cạnh nhau) - Riêng với đường dây dẫn cáp có điện áp định mức 1kV bảo vệ cầu chì aptomát Cần ý tượng sau: Khi q tải khơng lớn (Kqt < 2) sau thời gian lâu thiết bị bảo vệ chưa cắt, dây dẫn bị phát nóng mạnh dẫn [42] tới cách điện già cỗi mau chóng, điều khơng cho phép Vì để thoả mãn điều kiện phát nóng, dây dẫn cáp chọn khơng cần đảm bảo (II.2) mà phải phối hợp với thiết bị bảo vệ theo điều kiện sau: + Khi mạng bảo vệ cầu chì: I I ≥ dc (II.3) cf α - Trong đó: Idc - dòng điện định mức dây chẩy cầu chì α - Hệ số phụ thuộc điều kiện đặt quản lý mạng điện α = qui định với mạng điện động lực α = 0,8 với mạng sinh hoạt (chiếu sáng) + Khi mạng bảo vệ Aptômát: I ≥ kdnhiet cf 1,5 I (b) I ≥ kddientu (II.4) cf 4,5 - Tuỳ theo áptơmát có mạch cắt nhiệt cắt nhanh hay có loại (có thể chỉnh (a) I định hay không) Với mạng chiếu sáng bảo vệ aptômát I I ≥ kdnhiet (II.5) cf 0,8 Lựa chọn tiết diện dây cáp theo điều kiện phát nóng dòng ngắn mạch (thực chất điều kiện ngắn hạn) - Tiết diện cáp cần phải lựa chọn cho cáp chịu phát nóng với nhiệt độ cao dòng ngắn mạch gây (trong thời gian ngắn, thời gian tồn dòng ngắn mạch lúc cắt ra) Khi người ta gọi tiết diện ổn định nhiệt, tức tiết diện thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt Tiết diện ổn định nhiệt xác định theo biểu thức sau: F = α.I ∞ t (II.6) [43] - Trong đó: I∞ - trị số hiệu dụng dòng ngắn mạnh thời gian xác lập t - Thời gian tính tốn, tức thời gian dòng ngắn mạch qua cáp, trị số t tra theo đồ thị t = f(β”) với β” = I”/I∞ I - Trị số ban đầu thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch (dòng ngắn mạch siêu độ ban đầu) α - Hệ số xác định nhiệt độ phát nóng giới hạn cho phép lõi cáp vật liệu làm cáp (tra bảng) - Chú ý lập bảng α người ta tính để xẩy ngắn mạch nhiệt độ cáp không vượt mức cho phép (đây mức cho phép ngắn hạn thường 2500C), nhiên có nhiều lúc cáp non tải, để lựa chọn tiết diện ổn định nhiệt thường lấy tiết diện tiêu chuẩn bé tiết diện tính tốn khơng lấy tiết diện lớn III Lựa chọn tiết diện dây cáp theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép: - Ở mạng 35 kV trở xuống, tiết diện dây dẫn cáp thường bé, điện trở lớn, tiết diện dây dẫn mạng ảnh hưởng rõ dệt đến tổn thất điện áp - Mạng phân phối yêu cầu chất lượng điện áp cao mà khả điều chỉnh điện áp lại hạn chế Vì cần chọn tiết diện dây dẫn cho tổn thất điện áp không vượt mức cho phép Nghĩa vào ∆Ucf để chọn dây dẫn - Tổn thất điện áp xác định hiệu số số học điện áp đầu đường dây cuối đường dây + Đối với đường dây pha ∆U P = U P1 − U P + Đối với đường dây pha nối ∆U d = U d1 − U d = 3.( U P1 − U P ) + Đối với đường dây pha nối tam giác ∆U d = U d1 − U d = U P1 − U P Xác định tiết diện dây dẫn toàn đường dây tiết diên: - Phương pháp dùng cho đường dây có chiều dài khơng lớn mà số phụ tải lại nhiều - Phương trình biểu diễn ∆U: [44] ∆U = ∑ Pij Rij + ∑ Qij X ij Udm = r0 x ∑ Pij lij + ∑ Qij lij Udm Udm ∆U = ∆U’ + ∆U” - Trong + ∆U’ - thành phần tổn thất R gây + ∆U” - thành phần tổn thất X gây - Chú ý từ đặc điểm đường dây, điện kháng (X) đường dây kim loại mầu (cung cấp điện áp) thay đổi theo tiết diện, thường chúng dao động phạm vi x0 ≈ 0,3 ÷ 0,45 Ω/km nên người ta đề phương pháp chọn tiết diện dây cáp theo điều kiện tổn thất điện áp sau: + Chọn trước x0 (trị số trung bình x0 ≈ 0,35 ÷ 0,4) với đường cáp x0 = 0,07 Ω/km + Xác định ∆U” theo công thức sau: x0 ∑ Qij l ij Udm ∆U” = (III.1) + Từ ∆Ucf (đã biết trước) xác định ∆U’ ∆U’ = ∆Ucf - ∆U” + Nếu biết trước loại dây cáp biết giá trị điện trở suất ρ từ suy giá trị điện dẫn suất γ: γ = 1/ρ ta có: ro = γ.F Nên ∆U' = r0 ∑ Pij lij = ∑ Pij lij Udm γFUdm + Xác định tiết diện dây cáp: F= ∑ Pij lij γUdm ∆U' (III.2) Căn vào (III.2) chọn tiết diện dây tiêu chuẩn gần Sau theo số liệu loại dây chọn tra thông số x0; r0 tính lại ∆U theo thơng số x0; r0 [45] vừa tra so sánh với ∆Ucf Nếu không đạt tăng tiết diện lên cấp Dưới tóm tắt trình tự chọn dây theo phương pháp này: Xác định tiết diện dây dẫn đường dấy dùng tiết diện khác nhau: Trong mạng phân phối có độ dài lớn, cung cấp điện cho số phụ tải, đùng đường dây tiết diện không hợp lý, cỏ thể làm tổn thất nhiều kim loại mầu, gây tổn thất công suất điện Trường hợp mạng công nghiệp đặc trưng số sử dụng công suất cực đại lớn (Tmax lớn) kinh tế tiết diện dây phải chọn theo phương pháp mật độ dòng điện khơng đổi (đã chứng minh rằng, chi phí kim loại mầu cho, điều kiện mật độ dòng điện khơng đổi tương ứng với tổn thất công suất điện bé nhất) Chọn vừa đảm bảo mức ∆Ucf vừa làm cho ∆P; ∆A nhỏ Nếu mạng nơng nghiệp (Tmax bé) kinh tế chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện đảm bảo lượng kim loại mầu nhỏ đảm bảo ∆Ucf, sử dụng phương pháp lựa chọn tiết diện dây theo mật độ dòng điện khơng đổi (do giới hạn chương trình học nên nội dung khơng trình bày đây) [46] CHƯƠNG V CHỐNG SÉT CHO CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG CẤP III I Kiến thức sét Khái niệm sét Sét tượng phóng tia lửa điện hai đám mây giơng tích điện trái dấu chúng lại gần nhau, đám mây mặt đất, nhà cửa cối, Khi chúng tích điện gần Những đại lượng liên quan đến dòng sét - Nguồn gốc sét đám mây giơng mang điện tích chúng tiến lại gần hay gần mặt đất cường độ điện trường khoảng 3000 kV/m có tượng phóng điện mây mây hay mây mặt đất Sét diễn thời gian ngắn (từ 1/20 - 1/10 giây) gồm nhiều lần phóng điện (từ - 40 lần) - Những tia lửa điện gọi chớp Do phóng điện với cường độ lớn nhiệt độ cao thời gian ngắn làm cho khơng khí giãn nở đột ngột gây tiếng nổ mạnh gọi sấm Cường độ dòng điện lên tới 200.000A Nhiệt độ rãnh sét lên tới 10.000oC Khi sét đánh xuống đất xuyên thủng lớp đất nung cát chảy thành thuỷ tinh có dạng hình ống dài mà ta hay gọi lưỡi sấm sét - Vì sét có nhiệt độ cao áp suất lớn nên tác dụng phá hoại sét lớn Những địa điểm dễ bị sét đánh - Sét đánh ngẫu nhiên mà xảy tác dụng nhiều yếu tố độ ẩm khơng khí, số lượng mây giông, khoảng cách mây giông vật mặt đất Ngồi sét đánh nhiều hay xuống vùng phụ thuộc vào địa thế, địa chất cấu tạo cơng trình - Qua nghiên cứu thực tế người ta thấy sét thường đánh vào nơi: + Về địa thế: vùng đồi núi cao, nhà cao chúng coi khoảng cách ngắn với đám mây tích điện [47] + Về địa chất: vùng đất dẫn điện tốt nơi có mỏ kim loại, bờ sơng, bờ suối, chỗ giáp ranh hai vùng đất có độ dẫn điện khác + Về cấu tạo cơng trình: đầu nhọn hồi, bờ nhà mái dốc, ống khói, ống thơng gió, chòi, cột cờ cột kiến trúc mái Góc lồi nhà mái II Các tác hại chủ yếu sét Tác dụng nhiệt dòng điện Khi sét đánh, tác dụng dòng điện sét có lượng nhiệt sinh Các phận dẫn dòng điện sét hệ thống bảo vệ chống sét bị đốt nóng đỏ, nóng chảy chí bốc Tác dụng dòng điện sét Khi sét đánh vào nhà cơng trình, tác dụng dòng điện sét qua, nhà cơng trình bị hư hỏng độ bền học Các cơng trình làm gỗ, sét đánh bị hư hỏng hồn tồn, cơng trình gạch đá, bị sét đánh bị thiệt hại đáng kể Còn với cơng trình làm bêtơng bêtông cốt thép, thực tế bị sét đánh, hư hỏng mặt học có bị hạn chế so với cơng trình Tác dụng điện từ dòng điện sét: * Cảm ứng điện từ: Khi phóng điện sét, thường kéo theo không gian thay đổi từ trường theo thời gian Từ trường cảm ứng mạch vòng tạo phận kim loại kéo dài (hệ đường ống, đường dây điện ) sinh sức điện động Sức điện động cảm ứng sinh tượng dòng điện đốt nóng cục phát sinh tia lửa điện phát nóng mạnh làm biến dạng phận kim loại cháy nổ nhà cơng trình có nguy cháy nổ cao * Cảm ứng tĩnh điện: Hiện tượng tích giải phóng điện tích gây nên chênh lệch phận kim loại với đát Do tượng cảm ứng tĩnh điện làm phát sinh chênh lệch phận kim loại đất với phận khác có nối đất Sự chênh lệch lên hàng choc kV, tạo nên phát sinh tia lửa điện qua khe hở khơng khí có khoảng cách khoảng vài cm Mặc dù tượng phát sinh tia lửa điện xảy thời gian ngắn (tính µs) [48] nhà, cơng trình có nguy cháy nổ xảy ran guy hiểm, nên thiết phải ngăn ngừa * Vùng có điện áp cao nhà cơng trình: Hiện tượng đánh lặp lại sét đánh thẳng có liên quan đến xuất vùng mang điện áp cao nhà cơng trình có truyền điện áp cao đường dây không, hệ thống đường ống kim loại chôn ngầm qua gần vùng nối Vùng điện áp cao vùng gây nguy hiểm cho người bên trong, gây cháy lớp cách điện đường dây dẫn điện bị đánh thủng III Các biện pháp chống sét Thiết bị chống sét - Thiết bị chống sét có tác dụng thu sét, dẫn dòng điện sét xuống đất tản dòng điện sét vào đất Thiết bị chống sét có ba phận: phận thu sét, phận dẫn dòng điện sét xuống đất phận nối đất để tản dòng điện sét vào đất - Bộ phận thu sét có ba loại: kim thu sét, dây thu sét lưới thu sét - Kim thu sét: kim dài kim loại có phạm vi bảo vệ hình nón gẫy khúc thích hợp với cơng trình nhà mái dốc có độ dốc lớn Các cơng trình có hình dạng cao vút như: đài nước, ống khói, tháp chng - Dây thu sét: dây kim loại căng nhà dọc theo cơng trình Loại thích hợp với loại cơng trình dài u cầu mỹ quan Cơng trình cần cách ly với thiết bị chống sét cơng trình nhà kho chứa chất dễ cháy nổ, chuồng ngựa ( ngựa súc vật lớn dễ nhạy cảm với điện áp) - Lưới thu sét: loại thích hợp cho nhà mái bằng, nhà mái dốc độ dốc Lưới thu sét bố trí thêm kim thu sét ngắn cao 0,4m trọng điểm bảo vệ Phạm vi bảo vệ kim thu sét a Phạm vi bảo vệ kim thu sét đứng riêng rẽ hình nón gãy, đỉnh hình nón trùng với đỉnh kim, đáy hình tròn có đường kính 1,5 lần chiều cao kim (Ro = 1,5h) Gọi chiều cao kim thu sét h, độ cao phần bán kính bảo vệ kim thu sét rx, hx: độ cao đặt kim thu sét [49] Nếu biết hx, rx ta tìm h Nếu hx ≤ → rx = 1,5(h − 1,25hx ) h hx r + 1,9hx ≤ 2,67 → h = x rx 1,5 hx > → rx = 0,75(h − hx ) h hx r + 0,75hx > 2,67 → h = x rx 0,75 b Phạm vi bảo vệ hai kim thu sét cao - Phạm vi bảo vệ đầu xác định trường hợp kim đứng riêng rẽ Phạm vi bảo vệ kim có giới hạn trênlà cung tròn qua đỉnh kim tâm nằm đường trung trực đoạn thẳng nối liền kim có độ cao lần chiều cao kim thu sét (H = 4h) Bán kính cung tròn xác định cơng thức: R = H - h0 = 4h – ho, Trong ho chiều cao điểm thấp cung tròn xác định cơng thức: ho = 4h − 9h + 0.25a - Khi biết a h0 chiều cao kim thu sét xác định công thức: h = 0,571h0 + 0,183.h02 + 0,0357.a R: bán kính cung tròn qua đỉnh nhọn H: độ cao đường trung trực kim A: khoảng cáh kim h: chiều cao kim thu sét * Tính rx độ cao hx cột thu sét Nếu hx ≤ → bx = 1,5(h0 − 1,25h x ) h0 hx > → rx = , 75 (h − h x ) h * Biết hx, bx tính ho Nếu [50] hx b + 1,9hx ≤ 2,67 → h0 = x bx 1,5 hx b + 0,75h x > 2,67 → h0 = x bx 0,75 c Phạm vi bảo vệ cột thu sét khác nhau: - Vẽ phạm vi bảo vệ theo phạm vi mặt đứng cột thu sét cao - Từ đỉnh cột thu sét thấp, gióng đường song song với mặt đất đến cột thu sét cao Đường gióng gặp đường sinh gãy khúc cột thu sét cao điểm Tại điểm coi đỉnh cột thu sét có chiều cao chiều cao cột thu sét thấp - Vẽ phạm vi bảo vệ cột thu sét cao (bằng chiều cao cột thấp) Khoảng cách cột khoảng cách cột cao cột thấp trừ rx cột cao với hx chiều cao cột thấp Cách bố trí dây thu, dây dẫn nối đất - Quanh chu vi mái - Viền quanh phận nhô khỏi mái: ống khói, ống thơng - Ngồi dây dẫn làm nhiệm vụ thu sét cần bố trí thêm kim thu sét cao 0,3 ÷ 0,4m số chỗ như: đầu nhọn tường đàu hồi, góc nhà mái băng, chòi, tum… - Dây dẫn men theo tường cách 20 ÷ 25m đặt dây dẫn xuống đất IV Thiết bị nối đất - Bộ phận nối đất phần cuối mạch bảo vệ chống sét Một vật sắt thép, có hình dáng kích thước chơn trực tiếp đát, có liên hệ mặt dẫn điện, với đất tạo nên điện trở gọi phận nối đất Một tập hợp nhiều phận nối đát gọi hệ thống nối đát Nhiệm vụ phận nối đất dùng để giải toả, làm tiêu tán dòng điện sét đất hạ thấp điện vùng lân cận - Có cách đặt phận nối đất đất như: thép dài ngắn đặt nằm ngang, cọc thép ngắn chôn thẳng đứng, cọc thép nối chung lại với nhau, nối đất chôn sâu (thanh, cọc thép ngắn dài chôn sâu đất từ 2,5m trở lên) - Điện trở nối đất [51] Rnd = U nd U nd = I tdat I ttrongdat - Điện áp vật nối đất điện vật nối đất trừ điện điểm đất có điện 0, thường điểm cách vật nối đất từ 15÷20m - Điện trở nối đất nhỏ It giảm nhanh, thông thường Rxk không lớn 10Ω - Điện trở nối đất tỷ lệ với điện trở suất đất, tỷ lệ nghịch với chiều dài * Một số cơng thức tính tốn trị số điện trở nối đất - Điện trở cọc chôn thẳng đứng đất (rc) có thành phần cấu tạo đồng chất (ρ=const): Rc = 0,366ρ  2l 4t + l   lg + lg , Ω l d t − l   - Trong đó: + ρ: điện trở suất đất, Ω.m + l: chiều dài cọc, m + d: đường kính ngồi cọc, m + t: độ chơn sâu cọc,m (tính từ mặt đất đến điểm cọc) - Điện trở đặt nằm ngang đất có ρ=const - Với thép dẹt 0,366 ρ 2l rth = lg ,Ω l b.t - Trong đó: + l: chiều dài thanh, m + b: chiều rộng thanh, m + t: độ chôn sâu (so với mặt đất), m - Với thép tròn 0,366 ρ l rth = lg ,Ω l d t [52] - Trong đó: + d: đường kính thép tròn, m + l: chiều dài thanh, m + t: độ chôn sâu (so với mặt đất), m + Trong tính toán sơ bộ, điện trở nối đất đặt nằm ngang xác định gần theo công thức: rth ≈ 2ρ ,Ω l - Điện trở mạch vòng làm thép tròn thép dẹt đặt đất có ρ = const + Nếu độ chôn sâu t < D/2 ρ 8D rmv = 2,3 lg ,Ω 2.d t 2π D + Nếu độ chôn sâu t > D/2 rmv = ρ 8D πD ( , lg + ), Ω d 2t 2π D Trong đó: D: đường kính mạch vòng nối đất, m d: đường kính thép tròn làm mạch vòng, m - Nếu mạch vòng làm thép dẹt có chiều rộng b trị số d công thức thay 2b, (d=2b) - Điện trở mạng nối đất hình chữ nhật có kích thứoc nhỏ, với đường kính tương đương lấy bằng: D= 2(a + b) π - Trong đó: a b kích thước cạnh mạng [53] ... MỞ ĐẦU Trường cao đẳng xây dựng, tháng năm 2013 Kỹ thuật điện cơng trình mơn học xây dựng tảng môn học Kỹ thuật điện, cung cấp điện, hệ thống điện áp dụng cho sinh viên khối ngành xây dựng,... tiễn ngành xây dựng, môn máy xây dựng xây dựng thành công giảng chung cho môn học Kỹ thuật điện cơng trình Bài giảng chung Kỹ thuật điện cơng trình nhằm giúp cho giảng viên thống nội dung, kiến... phát điện, truyền tải phân phối điện Cơng trình điện bao gồm nhà máy, tổ máy phát điện, trạm biến áp, đường dây dẫn điện trang thiết bị đồng kèm theo II Nguồn điện: Nguồn điện thiết bị phát điện