phân phối phụ và đến các phòng
Sơ đồ nối dây thường có 2 dạng cơ bản là hình tia và phân nhánh:
- Sơ đồ hình tia: Có ưu điểm là nối dây rõ ràng, mỗi hộ dùng điện được cung cấp từ một đường dây, do đó chúng ít ảnh hưởng đến nhau, độ tin cậy cấp điện tương đối cao, dễ thực hiện biện pháp bảo vệ và tự động hóa, dễ vận hành bảo quản.
- Sơ đồ phân nhánh: Các hộ được cấp chung một đường dây nên độ tin cậy cung cấp điện không cao.
Vì vậy để cung cấp điện cho tòa nhà ta dùng sơ đồ mạng điện hạ áp hình tia cung cấp cho phụ tải để thuận tiện cho việc quản lí, vận hành.
a) Tủ điện không ưu tiên TĐ1 •Chọn aptomat
Aptomat tổng cho phụ tải không ưu tiên: Aptomat tổng có dòng điện tính toán là:
It1−t7
Aptomat tầng cho phụ tải không ưu tiên:
Từ tầng 1-7 của tòa nhà giống nhau nên chỉ cần tính cho tầng 1 Aptomat nhánh có dòng điện tính toán là:
It1 44,3 (A)
Aptomat nhánh cho các phòng
Pph = 4,413= 23,6 (A) - Phòng học: Iph=cosØ.𝑈 0,85.0,22
- Phòng chờ giáo viên: Iph=cos PgvØ𝑈= 0,185,447.0,22= 7,7 (A)
Tra bảng PL 5.1-5.2-5.3 ta chọn aptomat do hãng Merlin Gerin chế tạo:
CB Loại Uđm Itt Idm IN Số cực CB tổng NS 225E 500 217.1 225 7.5 3 CB tầng 1 C60N 440 44.3 63 6 3 CB tầng 2 C60N 440 44.3 63 6 3 CB tầng 3 C60N 440 44.3 63 6 3 CB tầng 4 C60N 440 44.3 63 6 3 CB tầng 5 C60N 440 44.3 63 6 3 CB tầng 6 C60N 440 44.3 63 6 3 CB tầng 7 C60N 440 44,3 63 6 3
Đồ án tốt nghiệp Đại học Công Nghiệp Hà Nội
CB phòng giáo viên V40H 240 23.6 40 10 1+N
Bảng 3-10: Thông số aptomat cho phụ tải không ưu tiên
• Chọn thanh dẫn
Thanh dẫn được chọn theo điều kiện dòng điện và kiểm tra lại theo điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt.
Đại lượng Công thức
Dòng điện phát nóng lâu dài cho phép(A) K1.K2 Icp >Ilvmax Khả năng ổn định động (kg/cm2) ɵcp > ɵtt
Khả năng ổn định nhiệt (mm2) 𝐹3.
Bảng 3-11: Điều kiện chọn thanh dẫn
K1 = 1 khi thanh dẫn đặt đứng. K1 = 0.95 khi thanh dẫn đặt ngang. K2 là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường.
Icp là dòng điện cưỡng bức( dòng cực đại chạy qua thanh dẫn). ɵcp ứng suất cho phép của vật liệu làm thanh dẫn đồng= 1400
Như đã tính ở phần trên ta có dòng điện tính toán là: 217,1 A
Tra bảng PL 5.6 ta chọn thanh dẫn bằng đồng có kích thước 50x5 mm2. Mỗi pha có Icp=250 A
• Chọn dây dẫn
Với mạng hạ áp ta chọn dây theo điều kiện phát nóng cho phép:
K1. K2. Icp>Itt Trong đó: K1 là hệ số kể đến môi trường(K1 =1)
Vậy tiết diện của dây được chọn theo điều kiện: Icp>Itt Dòng điện tính toán tầng: 44,3 A
Đại học Công Nghiệp Hà Nội
Tra bảng PL 5.12 ta chọn cáp ruột đồng 2 lõi cách điện PVC do hãng LENS chế tạo có thông số:
Bảng 3-12: Thông số dây dẫn cho phụ tải không ưu tiê
Cáp đến tủ Itt Icp Cáp Loại cáp Hãng Tầng 1 44.3 50 Cu(4Cx16mm2)+E-1C 16mm2 Cu/Mica/XLPE/Fr-PVC LS Tầng 2 44.3 50 Cu(4Cx16mm2)+E-1C 16mm2 Cu/Mica/XLPE/Fr-PVC LS Tầng 3 44.3 50 Cu(4Cx16mm2)+E-1C 16mm2 Cu/Mica/XLPE/Fr-PVC LS Tầng 4 44.3 50 Cu(4Cx16mm2)+E-1C 16mm2 Cu/Mica/XLPE/Fr-PVC LS Tầng 5 44.3 50 Cu(4Cx16mm2)+E-1C 16mm2 Cu/Mica/XLPE/Fr-PVC LS Tầng 6 44.3 50 Cu(4Cx16mm2)+E-1C 16mm2 Cu/Mica/XLPE/Fr-PVC LS
Đến phòng 23.6 32 2x1C-4mm2 Cu/Mica/XLPE/Fr-PVC LS
Bảng 3-13: Chọn dây dẫn từ tủ phân phối đến các tầng
b) Tủ điện ưu tiên TĐ2
• Chọn aptomat Aptomat tổng cho phụ tải ưu tiên
Aptomat tổng có dòng điện tính toán là:
Iưt
Aptomat nhánh cho phụ tải ưu tiên CB Tên thiết bị Số lượng Công suất(W) Knc P nhóm (kW) S (kVA) I (A) Thang máy 1 1 7000 0.9 6.3 7.4 10. 7 Thang máy 2 1 7000 0.9 6.3 7.4 10. 7 Thang máy 3 1 7000 0.9 6.3 7.4 10. 7 Thang máy 4 1 7000 0.9 6.3 7.4 10. 7 Thang máy 5 1 7000 0.9 6.3 7.4 10. 7 Tổng 5 35000 0.9 31.5 37.1 53. 5 Máy bơm chữa
cháy 1 1 3000 0.8 2.4 2.8 4 Máy bơm chữa
Máy bơm sinh
hoạt 1 1 3000 0.8 2.4 2.8 4
Máy bơm sinh
hoạt 2 1 3000 0.8 2.4 2.8 4 Tổng 2 3000 0.8 4.8 5.6 8.2 Chiếu sáng hành lang tầng 1 70 22 1 1.54 1.8 8.2 Chiếu sáng hành lang tầng 2 70 22 1 1.54 1.8 8.2 Chiếu sáng hành lang tầng 3 70 22 1 1.54 1.8 8.2 Chiếu sáng hành lang tầng 4 70 22 1 1.54 1.8 8.2 Chiếu sáng hành lang tầng 5 70 22 1 1.54 1.8 8.2 Chiếu sáng hành lang tầng 6 70 22 1 1.54 1.8 8.2 Chiếu sáng hành lang tầng 7 70 22 1 1.54 1.8 8.2
Tổng 490 22 1 10.78 12.7 57. 7 Chiếu sáng tầng hầm 1 121 36 1 4.4 5.1 23. 3 Chiếu sáng tầng hầm 2 121 36 1 4.4 5.1 23. 3 Tổng 242 36 1 8.7 10.2 46. 4
Quạt thông gió
tầng hầm 1 4 1500 1 6 7.1
32. 3 Quạt thông gió
tầng hầm 2 4 1500 1 6 7.1
32. 3
Tổng 8 1500 1 12 14.1 64. 1
Bảng 3-14: Tính toán chọn aptomat cho phụ tải ưu tiên
Tra bảng PL 4.1 ta chọn aptomat do hãng Merlin Gerin chế tạo có các thông số:
CB Loại
Udm(U) Itt(A) Idm(A) IN(A) Số cực
CB tổng NS 225E 500 123,3 225 7,5 3
CB Thang máy C60N 440 53.5 63 6 3
CB Máy bơm chữa cháy
C60A 440 8.2 40 10 3
CB Máy bơm sinh hoạt
CB Chiếu sáng tầng hầm
V40H 240 14.8 20 10 1+N
CB Quạt thông gió tầng hầm
V40H 240 20.4 20 10 1+N
Bảng 3-15: Thông số aptomat cho phụ tải ưu tiên
Chọn thanh dẫn
Thanh dẫn được chọn theo điều kiện dòng điện và kiểm tra lại theo điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt.
Đại lượng Công thức
Dòng điện phát nóng lâu dài cho phép(A) K1.K2Icp >Ilvmax Khả năng ổn định động (kg/cm2) ɵcp > ɵtt
Khả năng ổn định nhiệt (mm2) 𝐹3.
Bảng 3-16: Điều kiện chọn thanh dẫn
K1 = 1 khi thanh dẫn đặt đứng. K1 = 0.95 khi thanh dẫn đặt ngang.
K2 là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường.
Icp là dòng điện cưỡng bức( dòng cực đại chạy qua thanh dẫn). ɵcp ứng suất cho phép của vật liệu làm thanh dẫn đồng= 1400
Tra bảng PL 5.6 ta chọn thanh dẫn bằng đồng có kích thước 40x4 mm2. Mỗi pha có Icp=160 A.
Chọn dây dẫn
Với mạng hạ áp ta chọn dây theo điều kiện phát nóng cho phép
K1. K2. Icp>Itt
Trong đó: K1 là hệ số kể đến môi trường(K1 =1)
K2 là hệ số kể đến dây dẫn dặt song song khi đặt cáp trong rãnh có nhiều cáp K2 = 1
(A)
Icp (A)
Tổng phụ tải ưu tiên 123,3 150 Cu(4Cx35mm2)+E-1C 35mm2 Cu/Mica/XLPE/Fr-PVC LS
Thang máy
53.5
63 Cu(4Cx16mm2)+E-1C 16mm2 Cu/XLPE/PVC LS
Máy bơm chữa cháy
8.2
20 Cu(4Cx4mm2)+E-1C 4mm2 Cu/XLPE/PVC LS
Máy bơm sinh hoạt 8.2
20 Cu(4Cx4mm2)+E-1C 4mm2 Cu/XLPE/PVC LS
Chiếu sáng hành lang các tầng 57.7 63 Cu(4Cx16mm2)+E-1C 16mm2 Cu/XLPE/PVC LS
Quạt thông gió tầng hầm 64.1 80 Cu(4Cx25mm2)+E-1C 25mm2 Cu/Mica/XLPE/Fr-PVC LS
Chiếu sáng hành lang tầng 4 8.2 10 2x1C-1,5mm2 CV LS Chiếu sáng hành lang tầng 5 8.2 10 2x1C-1,5mm2 CV LS Chiếu sáng hành lang tầng 6 8.2 10 2x1C-1,5mm2 CV LS Chiếu sáng hành lang tầng 7 8.2 10 2x1C-1,5mm2 CV LS Chiếu sáng tầng hầm 1 23.3 25 2x1C-2,5mm2+E-1C2,5mm2 CV LS Chiếu sáng tầng hầm 2 23.3 25 2x1C-2,5mm2+E-1C2,5mm2 CV LS
Quạt thông gió tầng hầm 1 32.3 35 2x1C-2,5mm2+E-1C2,5mm2 CV LS
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHỐNG SÉT VÀ NỐI ĐẤT CHO TÒA NHÀ
4.1. Tổng quan về sét
4.1.1. Sét và quá trình phóng điện của sét
Sét là sự phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây và mặt đất hay giữa các đám mây tích điện với nhau.
Sự phóng điện của sét chia làm 3 giai đoạn:
- Sự phóng điện giữa đám mây và mặt đất bắt đầu bằng sự xuất hiện một dòng sáng phát triển xuống mặt đất theo từng đợt với tốc độ 100 – 1000 km/giây. Dòng này mang phần lớn điện tích của đám mây, tạo trên đầu cực của nó điện thế hàng triệu vôn. Giai đoạn này gọi là giai đoạn phóng tia tiên đạo.
- Khi dòng tiên đạo vừa phát triển xuống mặt đất thì giai đoạn thứ hai bắt đầu, đó là giai đoạn phóng điện chủ đạo của sét. Trong giai đoạn này các điện tích dương phía dưới mặt đất di chuyển từ hướng mặt đất theo tia tiên đạo với tốc độ lớn (6.104 – 105 km/giây) chạy lên trung hòa các điện tích âm của dòng tiên đạo. Sự phóng điện chủ yếu được đặc trưng bởi dòng điện lớn gọi là dòng điện sét và sự lóe sáng (chớp) mãnh liệt của dòng phóng điện. Không khí trong vùng được đốt nóng đến hàng vạn độ và giãn nở rất nhanh tạo thành dòng âm thanh (sấm).
- Ở giai đoạn phóng điện thứ ba sẽ kết thúc sự di chuyển điện tích của các đám mây, quá trình phóng điện và lóe sáng dần dần biến mất.
4.1.2. Tác hại của sét
Đặt vấn đề sét là hiện tượng tự nhiên, có thể gây ra thiệt hại lớn cho người về kinh tế. Việc nghiên cứu tác hại và làm giảm thiểu tác hại do sét gây ra được sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học, đặc biệt ở lĩnh vực điện.
trong những nguy hiểm tăng nguy cơ tiềm tàng gây ra sự cố bất khả kháng do sét. Sét đánh vào đường dây gây vỡ sứ và đứt dây, đồng thời lan truyền vào trạm biến áp gây hỏng hóc các thiết bị chủ yếu là máy biến áp, làm giám đoạn cung cấp điện và thiệt hại về kinh tế do sửa chữa, ngừng trệ trong sản xuất và ảnh hưởng tới sinh hoạt của con người.
Các thiết bị điện, đường dây tải điện, … sẽ bị hư hỏng do bị quá điện áp thiên nhiên (sát đánh trực tiếp hay gián tiếp). Trong đó tác hại của sét đánh trực tiếp là nguy hiểm nhất. Do đó phải có thiết bị bảo vệ tránh bị sét đánh trực tiếp và gián tiếp.
4.2. Giải pháp phòng chống sét
Vì vậy việc nghiên cứu để lựa chọn và áp dụng những biện pháp hạn chế tác hại của sét đối với từng khu vực, từng đối tượng cụ thể sao cho đảm bảo về kinh tế và kỹ thuật là rất cần thiết không chỉ riêng ngành điện mà còn với các ngành khác.
Hiện nay chúng ta sử dụng phổ biến các kiểu chống sét là:
+ Đối với các công trình kiến trúc kiến trúc lắp đặt các kim thu sét (cột thu lôi).
+ Đối với các công trình điện (đường dây và trạm biến áp) thì sử dụng đường dây chống sét và các chống sét van.
4.2.1. Thuật ngữ và định nghĩa:
Hệ thống chống sét: Toàn bộ hệ thống dây dẫn được sử dụng để bảo vệ các
công trình khỏi sự tác động của sét.
Mạng nối đất: Một bộ phận của hệ thống chống sét nhằm tiêu tán dòng điện
xuống đất.
Dây dẫn: Bộ phận hoặc nhóm các bộ phận dẫn điện có tiếp xúc với đất và
có thể truyền dòng điện xuống đất.
Cực nối đất mạch vòng: Cực nối đất tạo ra vòng khép kín xung quanh công
trình ở trên hoặc dưới bề mặt đất, hoặc ở phía dưới ngay trong móng của công trình.
Vùng bảo vệ: Thể tích mà trong đó một dây dẫn sét tạo ra khả năng chống
sét đánh thẳng bằng cách thu hút sét đánh vào nó.
4.2.2. Chức năng của hệ thống chống sét
Chức năng của hệ thống thu và dẫn sét là thu hút sét đánh vào nó rồi lan truyền dòng diện do sét tạo ra xuống đất một cách an toàn, tránh sét đánh vào các kết cấu cần được bảo vệ của công trình. Phạm vi hệ thống thu và dẫn sét không cố định nhưng có thể coi là một hàm của mức độ tiêu tán dòng diện sét.
4.3. Tính toán nối đất cho hệ thống chống sét
Điện trở nối đất chống sét tại một thời điểm không được vượt quá 10Ω (theo tiêu chuẩn điện trở nối đất yêu cầu TCVN 4759-49).
Dự kiến dùng n cọc tròn d=16 mm dài l=2,5 m, chôn thẳng đứng đóng xuống đất ở độ sâu tt=0,8 m, mỗi cọc cách nhau 1 khoảng a=5m.
Điện trở tản của cọc:
ρ 2l 1 4. t + l RC = (ln + ln )
2π. l d 2 4. t − l Độ chôn sâu của cọc:
l
( ρdo = 100Ωm điện trở suất của đất pha sét, km=1,4: hệ số mùa). Thay vào công thức ta có:
140 2.2,5 1 4.2,05 + 2,5
RC = (ln + ln ) = 54,03 Ω2.3,14.2,5 0,016 2 4.2,05 − 2,5 Điện trở tản xung kích của một cọc nối đất:
Rxk = αxk. Rc ( theo tiêu chuẩn 20 TCVN 46-84 chống sét cho các công trình xây dựng).
Trong đó:
αxk: Hệ số xung kích của cọc.
Rc: Điện trở tản xoay chiều của một cọc.
Rxk: Điện trở xung kích của cọc.
Giả sử dòng chống sét I=20 kA =>αxk = 0,7 =>Rxk = 0,7.54,03 =
37,82 (Ω)
Hệ thống nối đất có n cọc giống nhau (điện trở nối dây giữa chúng bỏ qua) ghép song song và cách nhau một đoạn là L thì điện trở xung kích của tổ hợp tính theo: Rxk Rxk∑ = = Rnđ xk Trong đó: xk: Hệ số xung kích tổ hợp. Ước lượng sơ bộ số cọc cần:
n = = = 9,46 Rnd 4
Giả sử hệ thống sử dụng 12 cọc nối đất dây nối giữa chúng có điện trở không đáng kể đặt cách nhau 5m ta có:
Rxk 37,82
Rnđ = = = 3,94 (Ω) < Ryc
n. xk 12.0,8
4.4. Tính toán lựa chọn kim thu sét
Công thức tính bán kính bảo vệ thu sét:
Rp = √h.(2D − h) + ∆L. (2D + ∆L) Trong đó:
Rp: Bán kính bảo vệ mặt ngang tính từ chân kim thu sét (m). h: Chiều cao kim thu sét (m).
D: Chiều cao ảo tăng thêm của cấp bảo vệ chống sét (m). ∆L: Hằng số khả năng thoát sét (∆L = 30).
Công trình dân dụng là công trình cấp II ta có thông số sau: h=5 m, D=60 m
Rp = √5. (2.60 − 5) + 30. (2.60 + 30) = 71,24 (m) Do đó chọn thiết bị thu sét có các đặc tính sau:
h(m) Mã hiệu Cấp bảo vệ Rp(m)
5 STORMASTERESE30 II 72
Hình 4-2: Kim thu sét
Chọn dây dẫn sét theo tiêu chuẩn TCVN 9888.3:2013 về lựa chọn dây dẫn sét tiếp đất. Để đảm bảo dây dẫn sét không bị phá hủy khi có dòng điện sét đi qua thì tiết diện dây dẫn không được nhỏ hơn 50 mm2. Do đó dây dẫn có tiết diện là 95 mm2 làm dây dẫn sét cho nhà xưởng.
4.5. Tính toán nối đất
Đối với mạng điện có điện áp dưới 1000 V, điện trở nối đất tại mọi thời điểm không vượt quá 4 Ω (theo tiêu chuẩn điện trở nối đất yêu cầu TCVN 4759-49).
Dự kiến dùng điện cực hỗn hợp gồm 16 cọc thép 60x60x6mm2 dài l=2,5 m, chôn thẳng đứng theo mạch vòng hình chữ nhật, mỗi cọc cách nhau một khoảng a=5m. Thanh ngang dùng thép dẹt 40x5 mm và thanh cọc chôn ở độ sâu tt=0,8 m.
R = ηt. Rc + n. ηc.Rt Điện trở tản của cọc: ρ 2l 1 4. t + l Rc = (ln + ln ) 2π. l d 2 4. t − l Hình 4-3: Cọc nối đất Chiều dài cọc l=2,5 m. Độ chôn sâu của cọc:
l
tc = tt + = 0,8 + 1,25 = 2,05 m2
d= 0,95b= 0,95.60= 0,057 m
ρ = ρdo. km = 100.1,4 = 140 Ωm Thay số vào công thức ta có:
140 2.2,5 1 4.2,05 + 2,5
RC = (ln + ln ) = 42,7 Ω2.3,14.2,5 0,057 2 4.2,05 − 2,5