Thiết kế cung cấp điện cho một nhà biệt thự

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN GV PHẠM TRUNG HIẾU TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BÀI TẬP LỚN Học Phần Thiết kế hệ thống cung cấp điện Đề tài Thiết kế cung cấp điện cho một nhà biệt thự Giáo viên hướng dẫn Phạm Trung Hiếu Sinh viên Mã sinh viên Hà Nội, 2022 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 2 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN 3 1 1 Khái quát chung 3 Chương 2 NỘI DUNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO NGÔI NHÀ 3 TẦNG 1 TUM 5 2 1 MÔ TẢ CHI TIẾT NHIỆM VỤ ĐƯỢC GIAO 5 2 2 TRÌNH BÀY.

TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN

Khái quát chung

Phụ tải tính toán là mức phụ tải giả định lâu dài và không thay đổi, tương đương với phụ tải thực tế về hiệu quả phát nhiệt và mức độ hủy hoại cách điện Điều này có nghĩa là phụ tải tính toán sẽ làm nóng thiết bị điện đến nhiệt độ tương tự như phụ tải thực tế, do đó, việc chọn thiết bị dựa trên phụ tải tính toán sẽ đảm bảo an toàn cho thiết bị về mặt phát nóng.

Phụ tải tính toán là yếu tố quan trọng trong việc lựa chọn và kiểm tra các thiết bị trong hệ thống cung cấp điện, bao gồm máy biến áp, dây dẫn, thiết bị đóng cắt và bảo vệ.

Việc tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng và tổn thất điện áp, cũng như lựa chọn dung lượng bù công suất phản kháng, là rất quan trọng và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như công suất, số lượng, chế độ làm việc của thiết bị điện và trình độ vận hành hệ thống Xác định chính xác phụ tải tính toán là một nhiệm vụ khó khăn nhưng cần thiết, vì nếu phụ tải tính toán thấp hơn thực tế, có thể gây giảm tuổi thọ thiết bị và dẫn đến sự cố cháy nổ nguy hiểm Ngược lại, nếu phụ tải tính toán cao hơn thực tế, sẽ gây lãng phí tài nguyên.

Do tính chất quan trọng của phụ tải điện, đã có nhiều nghiên cứu và phương pháp tính toán được phát triển Tuy nhiên, do phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chưa có phương pháp nào hoàn toàn chính xác và tiện lợi Các phương pháp đơn giản thường thiếu độ chính xác, trong khi các phương pháp phức tạp lại khó khăn trong việc áp dụng do ảnh hưởng của nhiều yếu tố.

Sau đây là những phương pháp tính toán phụ tải thường dùng nhất trong thiết kế hệ thống cung cấp điện:

 Phương pháp tính theo hệ số nhu cầu Knc

 Phương pháp tính theo công suất trung bình.

 Phương pháp tính theo công suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm W0.

 Phương pháp theo công suất phụ tải trên từng đơn vị diện tích sản xuất P0.

 Phương pháp tính theo hệ số đồng thời Kđt.

 Phương pháp tính theo số thiết bị hiệu quả

Tùy thuộc vào quy mô sản xuất và đặc điểm của công trình, việc lựa chọn phương pháp tính toán phụ tải điện phù hợp sẽ được thực hiện trong giai đoạn thiết kế hoặc kỹ thuật.

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆNGV: PHẠM TRUNG HIẾU

NỘI DUNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO NGÔI NHÀ 3 TẦNG 1 TUM

TRÌNH BÀY CHI TIẾT VỀ NỘI DUNG CÁC CÔNG VIỆC THỰC HIỆN 5

2.2.1 Yêu cầu, đặc điểm của hệ thống cung cấp điện sinh hoạt a.Yêu cầu:

Khi thiết kế hệ thống cung cấp điện cho sinh hoạt, bao gồm chiếu sáng và các thiết bị điện khác, cần đảm bảo đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật và an toàn.

- An toàn điện, bảo vệ mạch điện kịp thời tránh gây hoả hoạn.

- Dễ sử dụng điều khiển và kiểm soát , dễ sửa chữa.

- Đạt yêu cầu về kỹ thuật và mỹ thuật.

- Việc đảm bảo độ tin cậy cấp điện là không yêu cầu cao vì thuộc hộ tiêu thụ loại

Để đảm bảo chất lượng điện năng, độ lệch về dao động điện áp cần phải được giữ ở mức tối thiểu và trong phạm vi cho phép Đối với mạng chiếu sáng, độ lệch điện áp cho phép là 2.5%.

Khi thiết kế hệ thống cung cấp điện cho các hộ gia đình, cần chú ý đến việc tính toán đường dây trục chính với khả năng dư thừa Điều này giúp đảm bảo hệ thống có thể đáp ứng nhu cầu phụ tải tăng lên trong tương lai.

-Đảm bảo độ an toàn điện bằng các khí cụ điện đóng cắt và bảo vệ như aptomat, cầu chì, cầu dao, công tắc… b.Đặc điểm

Hệ thống cung cấp điện sinh hoạt cho hộ tiêu thụ loại 3 được thiết kế cho những hộ có mức độ tin cậy điện thấp, cho phép mất điện trong quá trình sửa chữa hoặc thay thế thiết bị sự cố Thời gian mất điện không được vượt quá 1 ngày đêm và bao gồm các khu nhà ở, nhà kho, trường học.

- Để cung cấp cho mạng điện sinh hoạt ta có thể dùng một nguồn điện hoặc đường dây 1 lộ.

Mạng điện sinh hoạt là hệ thống một pha, nhận điện từ mạng phân phối ba pha điện áp thấp, nhằm cung cấp năng lượng cho các thiết bị, đồ dùng điện và hệ thống chiếu sáng.

Mạng điện sinh hoạt thường có điện áp pha định mức là 380/220V hoặc 220/127V Tuy nhiên, do tổn thất điện áp trên đường dây tải, điện áp ở cuối nguồn thường bị giảm so với định mức Để khắc phục tình trạng giảm áp này, các hộ tiêu thụ thường sử dụng máy biến áp điều chỉnh nhằm nâng cao điện áp đạt mức định mức.

Mạng điện sinh hoạt bao gồm mạch chính và mạch nhánh, trong đó mạch chính đóng vai trò cung cấp điện, còn mạch nhánh được kết nối song song từ mạch chính để điều khiển độc lập và phân phối điện đến các thiết bị điện.

- Với hệ thống cung cấp điện cho sinh hoạt chiếu sáng được cấp chung với mạng điện cấp cho các phụ tải khác.

- Mạng điện sinh hoạt cần có các thiết bị đo lường điều khiển, bảo vệ như công tơ điện, cầu dao, aptomat, cầu chì, công tắc…

- Mạng điện sinh hoạt thường có các phương thức phân phối điện sau:

2.2.2 Sơ đồ tổng thể của ngôi nhà

2.2.3 Đặc điểm của căn hộ:

Căn hộ có 3 tầng 1 tum:

+ Tầng 1 bao gồm phòng khách, 1 phòng bếp,1 gara oto, 1nhà tắm + vệ sinh. + Tầng 2 bao gồm 3 phòng ngủ, 1 học, 3 nhà tắm + vệ sinh.

+ Tầng 3 bao gồm 1 phòng ngủ, 1 phòng giải trí, 1 phòng thờ, 1 nhà tắm + vệ sinh.

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG CĂN HỘ

2.3.1 Tính toán phụ tải và lựa chọn tiết diện dây cho từng phòng a Tính toán phụ tải cho phòng khách.

Bảng số liệu các thiết bị tính toán

Tên thiết bị Số lượng P(W) Ksd Cosϕϕ Đèn huỳnh quang 4 40 1 0.85

Quạt treo tường 1 60 0.8 0.7 Đèn chùm 1 75 1 1 Đèn trang trí 3 15 1 1 Đèn Compact 1 18 1 1

Ti Vi 1 100 0.8 0.85 Đầu DVD 1 70 0.8 0.7 Âm li 1 250 0.8 0.8

Tiểu cảnh 1 10 0.8 1 Ổ cắm 7 300 0.8 0.85 Điều Hòa 1 1500 0.8 0.8

Tổng công suất của nhóm thiết bị là : ΣPn@*4+60*1+1*75+15*3+18*1+100*1+70*1 +250*1+60*1+10*1+300*7+1500*1= 4448(W)

Công suất định mức lớn nhất : Pđm max = 1500 (W)

Số thiết bị có công suất Pđm ≥750 (w)là n1 = 1 ΣP1 = 1500W

Số thiết bị của nhóm là : n = 23 n ¿ =n 1 n = 1

4448=0,34 Tra bảng Giáo trình cung cấp trang 232 bảng1.5 ta được n *hq = 0,27

Số thiết bị hiệu quả là : n hq = n *hqϕ n = 0,27 23 = 6,21(thiết bị ) n = 0,27 23 = 6,21(thiết bị )ϕ n = 0,27 23 = 6,21(thiết bị ) Lấy n hq = 6 (thiết bị)

Hệ số sử dụng là:

Hệ số nhu cầu là :

√6 =0,89 Phụ tải tính toán của phòng là:

- Tính tiết diện dây cho phòng khách

- Chọn phương pháp tính tiết diện dây theo điều kiện phát nóng

Công suất biểu kiến của phòng là :

Công suất phản kháng của phòng:

Q = S ×sinϕ φ = 5359,04.0,56 = 3001,06(VAR) Dòng điện thực tế trong dây dẫn là :

Do sự vận hành đồng thời của tất cả các tải trong một lưới điện là điều không thể xảy ra, chúng ta sẽ sử dụng hệ số đồng thời để đánh giá phụ tải, với giá trị Kdt = 0.7.

Tra Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện, ta chọn dây lõi đồng mềm nhiều sợi chế tạo tiết diện 4mm2 có Icp = 38A.

Khi đi dây trong ống chứa 2 dây phải nhân với hệ số giảm thiểu dòng điện K=0.7

Tra bảng trang 143 sách hướng dẫn thực hành thiết kế lắp đặt điện nhà.Vậy dòng điện cho phép tải trong dây :

Icp = 38 0,7 = 26,6 (A)ϕ n = 0,27 23 = 6,21(thiết bị ) Suy ra Icp > Itt (thoả mãn điều kiện chọn )

Vậy chọn tiết diện dây đi trong phòng khách là : 4mm2 b Tính toán phụ tải cho nhà bếp.

Bảng số liệu các thiết bị tính toán:

Tên thiết bị n (số P (W ) Ksd cosϕϕ

Quạt trần 1 100 0.8 0.75 Đèn huỳnh quang 2 40 1 0.85

Tổng công suất của nhóm thiết bị là : ΣPn = 100+2.40+100+1200+250+500+800+300.5 = 4530 (W)

Công suất định mức lớn nhất : Pđm max = 300 (W) 1 2Pđm max¿150¿)

Số thiết bị có công suất Pđm ≥150 (w)là n1 = 9 ΣP1 = 4250 W Tổng số thiết bị của nhóm là : n = 13 n *   n1

Tra bảng Giáo trình cung cấp trang 232 bảng1.5 ta được n *hq = 0,73

Số thiết bị hiệu quả là : n hq = n *hqϕ n = 0,27 23 = 6,21(thiết bị ) n = 0,73 13 = 9.49(thiết bị )ϕ n = 0,27 23 = 6,21(thiết bị ) Lấy n hq = 9 (thiết bị)

- Tính tiết diện dây cho nhà bếp

+ Chọn tiết diện dây từ công tắc tới quạt trần và bóng đèn

Chọn thông số của quạt trần để tính: P = 100W, cos φ = 0.75, Uđm = 220V

Vì dây đi trong nhà nên chọn K= Kn = 1

Tra sách Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện, ta chọn dây đôi mềm tròn có tiết diện (2 0.75)mm2, dòng điện phụ tải 7A.

(Tra bảng Sách hướng dẫn thực hành thiết kế lắp đặt điện nhà).

Vậy dòng điện cho phép tải trong dây:

Vì Icp > Itt (thoả mãn điều kiện chọn)

+Chọn tiết diện dây tới các ổ cắm

Chọn phương pháp tính tiết diện dây theo điều kiện phát nóng:

Q = S ×sinϕ φ = 5329,4.0,52 = 2807,43(VAR) Dòng điện thực tế trong dây dẫn là :

Do sự vận hành đồng thời của tất cả các tải trong một lưới điện là điều không thể xảy ra, chúng ta sẽ sử dụng hệ số đồng thời để đánh giá phụ tải, với giá trị Kdt = 0.8.

Tra Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện, ta chọn dây lõi đồng nhiều sợi do Trần Phú chế tạo tiết diện 2.5mm2 có Icp = 25A.

Khi lắp đặt dây điện trong ống chứa hai dây, cần nhân với hệ số giảm thiểu dòng điện K=0.7 Thông tin này được ghi rõ trong bảng ở trang 143 của sách hướng dẫn thực hành thiết kế lắp đặt điện nhà.

Vậy dòng điện cho phép tải trong dây:

Suy ra Icp > Itt (thoả mãn điều kiện chọn )

Vậy chọn tiết diện dây đi trong nhà bếp là : 2.5 mm 2

19 c Tính toán phụ tải cho phòng ngủ

Tên thiết bị Số lượng Công suất(w) ksd cosϕ

Bóng huỳnh quang 2 40 1 0.85 Đèn ngủ 1 15 1 0

Tổng công suất của cả nhóm : ΣPn = 2.40+15+1500+4.300= 2795(W)

Số thiết bị của nhóm là : n = 8 n ¿ =n 1 n =1

2795=0,54 Tra bảng Giáo trình cung cấp trang 232 bảng1.5 ta được n *hq = 0,47

Số thiết bị hiệu quả là : n hq = n *hqϕ n = 0,27 23 = 6,21(thiết bị ) n = 0,47 8 = 3,76thiết bị )ϕ n = 0,27 23 = 6,21(thiết bị ) Lấy n hq = 3 (thiết bị)

- Tính tiết diện dây cho phòng ngủ

Q = Ptt tg φ = 2185.0,67 = 1468,32(VAR) Dòng điện thực tế trong dây dẫn là :

Do sự vận hành đồng thời của tất cả các tải trong một lưới điện không bao giờ xảy ra, chúng ta sẽ sử dụng hệ số đồng thời để đánh giá phụ tải, với giá trị Kdt = 0.8.

Trong bảng Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện, dây lõi đồng mềm nhiều sợi Trần Phú với tiết diện 2.5mm² và Icp = 25A là lựa chọn phù hợp.

Tra bảng sách hướng dẫn thực hành thiết kế lắp đặt điện nhà.Vậy dòng điện cho phép tải trong dây :

Vậy chọn tiết diện dây đi trong phòng khách là : 2.5mm 2 d Tính toán phụ tải cho phòng tắm

Tên thiết bị Số lượng Công suất(w) ksd cosϕ

Tổng công suất của nhóm thiết bị là : ΣPn@+2000= 2040(W)

Số thiết bị của nhóm là : n = 2 n ¿ =n 1 n =1

2040=0,98Tra bảng Giáo trình cung cấp trang 232 bảng1.5 ta được n *hq = 0,74

Số thiết bị hiệu quả là : n hq = n *hqϕ n = 0,27 23 = 6,21(thiết bị ) n = 0,74 2 = 1,48(thiết bị )ϕ n = 0,27 23 = 6,21(thiết bị ) Lấy n hq = 1 (thiết bị)

- Tính tiết diện dây cho phòng tắm

Q = S ×sinϕ φ = 2400.0,56 = 3001,06(VAR) Dòng điện thực tế trong dây dẫn là :

Vì việc vận hành đồng thời tất cả các tải trong một lưới điện là không thể xảy ra, chúng ta sẽ sử dụng hệ số đồng thời để đánh giá phụ tải, với giá trị Kdt = 0.7.

Trong bảng Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện, chúng ta chọn dây lõi đồng mềm nhiều sợi do Trần Phú sản xuất với tiết diện 2.5mm² và dòng điện định mức Icp = 25A.

Tra bảng sách hướng dẫn thực hành thiết kế lắp đặt điện nhà.Vậy dòng điện cho phép tải trong dây :

Vậy chọn tiết diện dây đi trong phòng khách là : 2.5mm 2

2.3.2 Tính toán phụ tải của từng tầng a Tầng 1 bao gồm phòng khách, 1 phòng bếp,1 gara oto, 1nhà tắm + vệ sinh.

Phụ tải tính toán là:

P tt1 958,72+3941+163231,72(W) b Tầng 2 bao gồm 3 phòng ngủ, 1 học, 3 nhà tắm + vệ sinh.

P tt2 12,43.3+1632.333,29(W) c Tầng 3 bao gồm 1 phòng ngủ, 1 phòng giải trí, 1 phòng thờ, 1 nhà tắm + vệ sinh.

2.3.3 Tính toán phụ tải của cả nhà

Lựa chọn at-to-mat

At-mo-mat là thiết bị đóng cắt hạ áp có chức năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch.

At-to-mat vượt trội hơn cầu chì nhờ vào độ tin cậy, an toàn và khả năng đóng cắt đồng thời 3 pha, cùng với khả năng tự động hóa cao Mặc dù giá thành cao hơn cầu chì, nhưng at-to-mat ngày càng được ưa chuộng trong lưới điện hạ áp công nghiệp, dịch vụ và lưới điện sinh hoạt.

At-to-mat được chế tạo với điện áp khác nhau: 400V, 500V, 600V

Người ta cũng chế tạo at-to-mat 1 pha, 2 pha, 3 pha với số cực khác nhau: 1 cực,

Cách chọn at-to-mat như sau:

Stt Đại lượng lựa chọn và kiểm tra Ký hiệu Công thức để chọn và kiểm tra

1 Điện áp định mức (V) UđmA UđmA≥Uđm mạng

2 Dòng điện định mức (A) IđmA IđmA≥Ilvmax

3 Dòng điện cắt định mức (kA) ICđmA ICđmA≥In

4 Công suất cắt định mức at-to-mat

Trong bài này, ta chọn at-to-mat theo phương pháp dòng điện định mức

I đm : dòng điện định mức (A)

P đm : công suất định mức (W)

U: điện áp dây (V) ηcosφ: hiệu suất thiết bị cosφ=0,8

Chọn at-to-mat do hãng mitsubishi chế tạo Áp dụng chọn at-to-mat

- Chọn at-to-mat cho điều hòa :

chọn MCB NF32-SV 10A do hãng Mitsubishi sản suất

Stt Tên thiết bị Công suất

(I) At-to-mat Số lượng

2 Bình nóng lạnh 2000 12,6 MCB Mitsubishi

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

Khái niệm chung

 Ngắn mạch: là một loại sự cố xảy ra trong hệ thống điện do hiện tượng chạm chập giữa các pha không thuộc chế độ làm việc bình thường.

Trong hệ thống điện có trung tính nối đất (hay còn gọi là hệ thống 4 dây), khi một pha hoặc nhiều pha xảy ra hiện tượng chạm chập với đất hoặc dây trung tính, hiện tượng này được gọi là ngắn mạch.

- Cách điện của các thiết bị già cỗi, hư hỏng.

- Các ngẫu nhiên khác, thao tác nhầm hoặc do được dự tính trước

Dòng ngắn mạch có thể gây ra nhiệt độ tăng cao cho các phần tử, vượt quá giới hạn cho phép, ngay cả khi chỉ xảy ra trong một khoảng thời gian ngắn Điều này xảy ra do dòng ngắn mạch lớn hơn nhiều so với dòng định mức.

- Tăng lực điện động: ứng lực điện từ giữa các dây dẫn có giá trị lớn ở thời gian đầu của ngắn mạch có thể phá hỏng thiết bị.

Điện áp giảm và mất đối xứng có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến phụ tải, với mức giảm từ 30 đến 40% chỉ trong vòng một giây Tình trạng này có thể dẫn đến việc động cơ điện ngừng quay, gây đình trệ sản xuất và có nguy cơ làm hỏng sản phẩm.

- Gây nhiễu đối với đường dây thông tin ở gần do dòng thứ tự không sinh ra khi ngắn mạch chạm đất.

Khi không cách ly kịp thời phần tử bị ngắn mạch, hệ thống có thể trở nên mất ổn định và dẫn đến tình trạng tan rã, đây là hậu quả nghiêm trọng nhất.

Khi thiết kế và vận hành hệ thống điện, việc thực hiện các tính toán sơ bộ là rất quan trọng để giải quyết nhiều vấn đề kỹ thuật, trong đó tính toán ngắn mạch đóng vai trò then chốt.

Tính toán ngắn mạch là quá trình xác định dòng và áp lực tại các điểm hoặc nhánh trong sơ đồ khi xảy ra sự cố ngắn mạch Tùy thuộc vào mục đích, các đại lượng này có thể được tính toán tại một thời điểm cụ thể hoặc theo diễn biến trong suốt quá trình quá độ Những tính toán này rất cần thiết để giải quyết nhiều vấn đề liên quan đến an toàn và hiệu quả của hệ thống điện.

▪ So sánh, đánh giá, chọn lựa sơ đồ nối điện.

▪ Chọn các khí cụ, dây dẫn, thiết bị điện.

▪ Thiết kế và chỉnh định các loại bảo vệ.

▪ Nghiên cứu phụ tải, phân tích sự cố, xác định phân bố dòng

Trong hệ thống điện phức tạp, việc tính toán ngắn mạch một cách chính xác là thách thức lớn Do đó, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể, các phương pháp thực nghiệm thường được áp dụng để ước lượng ngắn mạch, phù hợp với các điều kiện đầu khác nhau.

Để lựa chọn máy cắt điện phù hợp, cần xác định dòng ngắn mạch lớn nhất có thể xảy ra trong điều kiện làm việc của nó Giả thiết rằng ngắn mạch xảy ra khi hệ thống điện đang hoạt động với số lượng máy phát tối đa, dạng ngắn mạch gây ra dòng lớn nhất là ngắn mạch trực tiếp, xảy ra ngay tại đầu cực của máy cắt.

Để giải quyết các vấn đề liên quan đến việc lựa chọn và điều chỉnh thiết bị bảo vệ, việc tìm dòng ngắn mạch nhỏ nhất là rất quan trọng Điều này giúp đảm bảo hiệu suất tối ưu và an toàn cho hệ thống điện.

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆNGV: PHẠM TRUNG HIẾU nhiên cần phải sử dụng những điều kiện tính toán hoàn toàn khác với những điều kiện nêu trên.

TÍNH TOÁN SỤT ÁP

Tính toán sụt áp

Tổng trở của đường dây là yếu tố quan trọng không thể bỏ qua, vì khi mang tải, luôn xảy ra hiện tượng sụt áp giữa hai đầu đường dây Hiệu suất hoạt động của các thiết bị như động cơ và hệ thống chiếu sáng phụ thuộc nhiều vào điện áp đầu vào, yêu cầu giá trị điện áp phải gần với mức định mức Do đó, việc lựa chọn kích cỡ dây phù hợp là cần thiết để đảm bảo điện áp tại điểm cuối luôn nằm trong phạm vi cho phép khi mang tải lớn nhất.

Xác định độ sụt áp là cần thiết để đảm bảo rằng nó đạt yêu cầu vận hành và chấp nhận được Độ sụt áp tối đa cho phép có thể khác nhau tùy theo quốc gia Các giá trị điển hình cho lưới hạ áp sẽ được trình bày trong bảng dưới đây, thể hiện độ sụt áp tối đa từ điểm nối vào lưới đến nơi sử dụng điện.

Chiếu sáng Các loại tải khác

Từ trạm hạ áp công cộng 3% 5%

Trạm khách hàng được nối từ lưới trung áp công cộng

Sụt áp giới hạn chỉ áp dụng trong các chế độ vận hành bình thường và không được sử dụng trong quá trình khởi động động cơ hoặc khi tắt/mở nhiều tải cùng lúc Khi sụt áp vượt quá giới hạn quy định, cần sử dụng dây dẫn có tiết diện lớn hơn Nếu cho phép sụt áp lên đến 8%, sẽ gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng cho động cơ.

 5% xung quanh giá trị định mức của nó ở trạng thái ổn định tĩnh; Nói chung sự vận hành động cơ đòi hỏi điện áp dao động.

Dòng khởi động của động cơ thường cao gấp 5-7 lần so với dòng làm việc lớn nhất Khi xảy ra sụt áp 8% tại thời điểm đầy tải, có thể dẫn đến sụt áp lên tới 40% hoặc hơn trong quá trình khởi động Tình trạng này ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của động cơ.

 Đứng yên (do mô men điện từ không vượt quá mô men tải) và làm cho động cơ quá nóng.

 Tăng tốc độ chậm do vậy dòng tải rất lớn (gây giảm áp trên các thiết bị khác) sẽ tiếp tục tồn tại trong thời gian khởi động.

 Sụt áp 8% sẽ gây tổn thất công suất đáng kể nhất là cho các tải làm việc liên tục Chia hệ thống ra làm 2 cấp lần lượt là: ∆U1; ∆U2.

TÍNH TOÁN CHỐNG SÉT

Khái niệm

Sét hay tia sét là hiện tượng phóng điện trong khí quyển, xảy ra giữa các đám mây và mặt đất hoặc giữa các đám mây có điện tích trái dấu Hiện tượng này cũng có thể xuất hiện trong các trận phun trào núi lửa hoặc bão bụi.

- Khi phóng điện trong khí quyển tia sét có thể di chuyển với tốc độ

Sét di chuyển với tốc độ 36.000 km/h (22.000 mph) nhờ vào sự chuyển động của các ion, trong khi hình ảnh sét xuất hiện do dòng plasma phát sáng Điều này giải thích tại sao chúng ta có thể nhìn thấy sét trước khi nghe tiếng động, vì âm thanh chỉ di chuyển với tốc độ 1.230 km/h (767 mph) trong không khí bình thường, trong khi ánh sáng có thể đạt tốc độ lên tới 299.792.458 m/s.

Sét có thể đạt nhiệt độ lên đến 30.000 °C (54.000 °F), gấp 20 lần mức nhiệt cần thiết để biến cát silica thành thủy tinh, chỉ cần 1.330 °C để làm nóng chảy SiO2 Khi sét đánh vào cát, nó tạo ra những viên đá gọi là fulgurite, thường có dạng hình ống do sét di chuyển vào lòng đất Mỗi năm có khoảng 16 triệu cơn dông xảy ra Ngoài ra, sét cũng có thể được tạo ra bởi những cột tro trong các vụ phun trào núi lửa hoặc trong những trận cháy rừng dữ dội, nơi tạo ra làn khói dày đặc đủ để dẫn điện.

Khi có đám mây dông tích điện gần mặt đất, hiện tượng sét đánh có thể xảy ra khi đám mây tiếp xúc với các vật thể cao như cây cối hoặc người cầm cuốc xẻng Sét là hiện tượng phóng tia lửa điện giữa đám mây và mặt đất, thường xảy ra ở những khu vực trống trải.

Một số tác hại của sét

▪ Gây cháy nổ hư hại công trình.

▪ Phá hủy thiết bị, các phương tiện thông tin liên lạc.

▪ Gây nhiễu loạn hay ngưng vận hành hệ thống.

▪ Mất dữ liệu hay hư dữ liệu.

▪ Ngừng các dịch vụ gây tổn thất kinh tế và các tổn thất khác.

Các hình thức sét đánh

- Sét đánh thẳng vào vị trí nạn nhân từ trên đám mây xuống Khi nạn nhân đứng cạnh vật bị sét đánh.

Sét có khả năng phóng qua không khí giữa người và vật, được gọi là sét đánh tạt ngang Hiện tượng này xảy ra khi nạn nhân tiếp xúc với vật thể đã bị sét đánh, dẫn đến hiện tượng điện thế bước.

Khi có người tiếp xúc với mặt đất tại một số điểm, sét có thể lan truyền trên bề mặt đất Hiện tượng này cho phép sét di chuyển qua các đường dây cáp, ảnh hưởng đến các thiết bị như điện thoại, tivi và ổ cắm.

Những nguyên tắc trong thiết lập hệ thống chống sét

- Hệ thống bảo vệ một tòa nhà chống lại những ảnh hưởng của sét phải bao gồm:

▪ Bảo vệ các cấu trúc khỏi bị sét đánh trực tiếp

▪ Bảo vệ các hệ thống điện khỏi bị sét trực tiếp và gián tiếp.

Nguyên tắc cơ bản trong việc bảo vệ thiết bị điện tử nhạy cảm khỏi nguy cơ sét đánh là ngăn chặn năng lượng của sét tác động đến chúng Để thực hiện điều này, hệ thống chống sét cần được thiết lập một cách hiệu quả.

Để bảo vệ thiết bị điện tử nhạy cảm, cần xác định dòng sét và các kênh (vị trí) mà tia sét có khả năng đi qua để phóng xuống đất Việc này giúp tránh những khu vực có nguy cơ cao, giảm thiểu rủi ro hư hại cho thiết bị.

▪ Thực hiện liên kết đẳng thế của tiến trình thiết lập hệ thống chống sét

Liên kết đẳng thế là quá trình kết nối các hệ thống tiếp đất, nhằm đảm bảo an toàn điện Thiết bị van đẳng thế có thể bao gồm thiết bị chống sụt áp (SPDs) hoặc ống phóng khí gas (Spark gaps), giúp bảo vệ hệ thống khỏi các sự cố điện.

Để giảm thiểu tác động gây ra bởi các ảnh hưởng gián tiếp, việc cài đặt SPDs hoặc các bộ lọc là vô cùng quan trọng Hệ thống bảo vệ tòa nhà và hệ thống bảo vệ các thiết bị điện là hai giải pháp được sử dụng để loại bỏ hoặc giới hạn quá áp, trong đó hệ thống bảo vệ tòa nhà tập trung vào việc chống sét trực tiếp bên ngoài tòa nhà, còn hệ thống bảo vệ các thiết bị điện đảm bảo an toàn cho các thiết bị điện bên trong tòa nhà.

- Xây dựng hệ thống bảo vệ tòa nhà

Vai trò của hệ thống bảo vệ tòa nhà là để chống sét trực tiếp hệ thống này bao gồm:

▪ Thiết bị bắt sét (VD: kim thu sét): hệ thống chống sét

▪ Dây dẫn được thiết kế để truyền sét xuống đất

▪ Hệ thống tiếp địa "chim chân" kết nối với nhau

▪ Liên kết giữa tất cả các khung kim loại (bằng liên kết van đẳng thế) với điểm tiếp đất.

Khi có dòng sét chạy qua dây thoát sét, sự khác biệt điện giữa dây dẫn và các hệ thống kết nối với điểm tiếp đất gần đó có thể dẫn đến hiện tượng phóng điện bề mặt.

Để bảo vệ nhà ở khỏi sét, chúng ta nên áp dụng phương án kỹ thuật thu sét tại một điểm, tạo ra một điểm chuẩn để sét có thể đánh vào mà không gây hại cho các khu vực xung quanh.

Thiết kế hệ thống cung cấp điện là một yếu tố quan trọng trong việc bảo vệ khu vực khỏi các tác động của sét Bằng cách xác định các điểm cần bảo vệ, chúng ta có thể kiểm soát và điều hướng đường dẫn của sét, từ đó giảm thiểu rủi ro và đảm bảo an toàn cho các thiết bị và con người trong khu vực.

Tính toán chống sét cho nhà biệt thự

Theo tiêu chuẩn IEC, kỹ thuật thu sét tại điểm đặt trước xác định vùng bảo vệ bằng ba phương pháp chính: hình nón, quả cầu lăn và lưới bảo vệ.

- Phương pháp hình nón: Ưu điểm là đơn giản nhưng không quan tâm đến các thông số quan trọng là biên độ dòng sét

Phương pháp quả cầu lăn giúp khắc phục những nhược điểm trong thiết kế chống sét, nhưng lại cho rằng khả năng khởi tạo tiên đạo của tất cả các điểm tiếp xúc là như nhau Phương pháp này yêu cầu một số lượng lớn đầu thu trên các cấu trúc cao, bao gồm cả mặt đứng và ngang, mà không có sự gia tăng điện trường Hệ thống thiết kế theo phương án này có thể rất tốn kém và dẫn đến thiết kế thừa, do có nhiều bằng chứng cho thấy mặt hông hiếm khi bị sét đánh.

⇨ Vì là nhà ở nên ta chọn phương pháp hình nón

- Theo phương pháp hình nón, vùng bảo vệ của kim Franklin được xác định như sau:

- Trường hợp có một kim

▪ Bán kính bảo vệ rx của kim Franklin được xác định theo biểu thức h x ≤2

3h:r x =0,75h ( 1− h h x ) p trong đó: h là chiều cao kim thu sét (m)

33 hx là chiều cao công trình (m) p là hệ số hiệu chỉnh theo chiều cao kim thu sét p = 1 khi h ≤ 30m p = 5,5/√h khi 30m ≤ h ≤ 100m

- Trường hợp hai kim có độ cao như nhau thì phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét được xác định như sau :

Trong trường hợp xác định rx, khi kim bx là bề ngang hẹp nhất của phạm vi bảo vệ ở độ cao hx, a được tính là khoảng cách giữa hai cột thu sét (m) và ha là chiều cao hiệu dụng của cột thu sét (m), với điều kiện a ≤ 7ha Nếu có nhiều kim, các yếu tố sẽ được xác định theo biểu thức tương ứng.

D ≤ 8(h- hx).p Với D là đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác

5.5.2 Áp dụng tính toán chọn vùng bảo vệ cho biệt thự

- Biệt thự có chiều dài 18.25m, chiều rộng 15m, chiều cao 8.9m

- Áp dụng phương pháp chống sét bằng 2 kim đặt cách nhau 8m, cột thu sét cao 5m ta có: r x =0,75h ( 1− h h x ) p với h x > 23h

5.5.3 Chọn dây dẫn sét xuống đất Để dẫn sét xuấng đất có thể dùng dây đồng trần, thanh đồng hay cáp thoát sét chống nhiễu Ericore Vì đây là nhà ở nên ta dùng dây đồng trần o Theo tiêu chuẩn IEC thì tiết diện dây dẫn sét tối thiểu không được nhỏ hơn 50 mm 2 , là nhà ở có độ cao nhỏ hơn 28m nên ta chọn luôn tiết diện dây dẫn sét bằng 50mm 2

Bảo vệ nối đất là biện pháp an toàn cơ bản, được áp dụng từ lâu, nhằm bảo vệ các thiết bị điện và kết cấu kim loại khỏi nguy cơ điện áp do hư hỏng cách điện Việc nối tất cả các phần kim loại với hệ thống nối đất giúp đảm bảo an toàn cho người sử dụng và giảm thiểu rủi ro trong quá trình vận hành thiết bị.

Bảo vệ nối đất là biện pháp quan trọng nhằm đảm bảo an toàn cho người sử dụng khi tiếp xúc với thiết bị có vỏ bị chạm, bằng cách giảm điện áp trên vỏ thiết bị xuống mức an toàn.

=> Chú ý: Ở đây ta hiểu chạm vỏ là hiện tượng một pha nào đó bị hỏng cách điện và có sự tiếp xúc điện với vỏ thiết bị.

6 0.8 = 9,57 (A).1.3 Các hình thức nối đất a Nối đất tập trung

- Là hình thức dùng một số cọc nối đất tập trung trong đất tại một chổ, một vùng nhất định phía ngoài vùng bảo vệ.

Nhược điểm của nối đất tập trung là trong nhiều trường hợp, nó không thể giảm điện áp tiếp xúc và điện áp xuống mức an toàn cho con người.

Để khắc phục nhược điểm của hệ thống nối đất tập trung, người ta áp dụng phương pháp nối đất mạch vòng, sử dụng nhiều cọc đóng xung quanh và có thể ở giữa khu vực đặt thiết bị điện Phương pháp này được áp dụng rộng rãi trong lĩnh vực bảo vệ nối đất.

Bảo vệ nối đất là cần thiết cho tất cả các thiết bị điện với điện áp trên 1000V cũng như dưới 1000V, tuy nhiên cách áp dụng sẽ khác nhau tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể.

Đối với thiết bị có điện áp trên 1000V, việc áp dụng bảo vệ nối đất là bắt buộc trong mọi tình huống, không phụ thuộc vào chế độ làm việc của trung tính và loại công trình.

Đối với thiết bị có điện áp dưới 1000V, việc áp dụng bảo vệ nối đất phụ thuộc vào chế độ làm việc của trung tính Nếu trung tính được cách điện với đất, cần thiết phải áp dụng bảo vệ nối đất Ngược lại, nếu trung tính đã được nối đất, biện pháp bảo vệ sẽ chuyển sang bảo vệ nối dây trung tính.

6 0.8 = 9,57 (A).1.4 4 Điện trở nối đất, điện trở suất của đất a Điện trở nối đất

- Điện trở nối đất hay điện trở của hệ thống nối đất bao gồm:

Điện trở tản của vật nối đất, hay chính xác hơn là điện trở tản của môi trường đất xung quanh điện cực, là chỉ số quan trọng thể hiện khả năng của đất trong việc dẫn điện Nó phản ánh điện trở của đất đối với dòng điện khi dòng điện di chuyển từ vật nối đất vào đất.

▪ Điện trở của bản thân cực nối đất (điện cực nối đất).

▪ Điện trở của dây dẫn nối đất từ các thiết bị điện đến các vật nối đất.

Điện trở nối đất chủ yếu liên quan đến điện trở tản của vật nối đất, vì vật liệu kim loại sử dụng để nối đất có điện dẫn lớn hơn nhiều so với điện dẫn của đất, dẫn đến điện trở bản thân của vật nối đất thường bị bỏ qua.

- Điện trở của đất được xác định bằng công thức:

- Trong đó: Uđ là điện áp đo được trên vỏ thiết bị có nối đất khi chạm vỏ có dòng điện đi vào đất là Iđ.

Điện trở của đất phụ thuộc vào điện trở suất của nó, đặc biệt là khi dòng điện từ vật nối đất đi vào đất Điều này cho thấy rằng điện trở suất tại vị trí nối đất có vai trò quan trọng trong việc xác định điện trở của đất.

- Điện trở trở suất của đất (ρ) thường được tính bằng đơn vị Ω.m hay Ω.cm) thường được tính bằng đơn vị Ω.m hay Ω.cm

Điện trở suất của đất có sự biến đổi lớn do thành phần phức tạp của nó Thực tế cho thấy rằng điện trở suất phụ thuộc vào các yếu tố chính như độ ẩm, nhiệt độ, cấu trúc đất và thành phần khoáng vật.

▪ Thành phần của đất: Thành phần của đất khác nhau thì có điện trở suất khác nhau Đất chứa nhiều muối, axít thì có điện trở suất nhỏ.

TÍNH TOÁN BẢO VỆ NỐI ĐẤT

Tiêu đề	Thiết Kế Cung Cấp Điện Cho Một Nhà Biệt Thự
Tác giả	Phạm Trung Hiếu
Trường học	Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
Chuyên ngành	Khoa Điện
Thể loại	Bài Tập Lớn
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	44
Dung lượng	1,25 MB