CHƯƠNG 1 – TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ BÙ CÔNG SUẤTPHẢN KHÁNG Phụ tải điện là số liệu đầu tiên và quan trọng nhất để tính toán, thiết kế hệ thốngcung cấp điện.. Việc tính toán chính xác phụ tả
Tính toán phụ tải sinh hoạt
Theo khảo sát, khu chung cư nội thành của thành phố lớn có nhu cầu sử dụng điện cao Căn hộ 70 m2 thường được thiết kế với 2 phòng ngủ, 1 phòng vệ sinh, 1 phòng khách và 1 phòng bếp Trong khi đó, căn hộ 100 m2 có thể bao gồm 3 phòng ngủ.
Căn hộ 120 m2 bao gồm 2 phòng vệ sinh, 1 phòng khách và 1 phòng bếp, có thiết kế tương tự như căn hộ 100 m2 nhưng với không gian phòng khách và phòng bếp rộng hơn Trong khi đó, căn hộ 70 m2 thường được trang bị các thiết bị điện gia dụng với công suất trung bình.
T Phụ tải Số lượng Công suất tiêu thụ (kW) Tổng
2 Tủ lạnh + đèn, quạt, tivi, bàn là, lò vi sóng
Căn hộ 100 m2 thường có tổng công suất điện gia dụng cao hơn căn hộ 70 m2, do nhu cầu sử dụng điện năng lớn hơn.
STT Phụ tải Số lượng
Công suất tiêu thụ (kW) Tổng
Tủ lạnh + đèn, quạt, tivi, bàn là, lò vi sóng 1 4 4
Căn hộ 120 m2 sẽ có mức sống cao, nhu cầu sử dụng phụ tải là lớn nhất
STT Phụ tải Số lượng
Công suất tiêu thụ (kW) Tổng
Tủ lạnh + đèn, quạt, tivi, bàn là, lò vi sóng 1 6 6
Tổng công suất đặt của căn hộ 70 m2 là
Pdm i , 5(kW ) Tổng công suất đặt của căn hộ 100 m2 là
Pdm i (kW ) Tổng công suất đặt của căn hộ 120 m2 là
Phụ tải tính toán của một căn hộ 70 m2 là
P tt = k dt × P đ = 12 , 5 × 0 , 8 = 10 ( kW ) Phụ tải tính toán của một căn hộ 100 m2 là
P tt = k dt × P đ × 0 , 75 ≅ 11,25 (kW ) Phụ tải tính toán của một căn hộ 120 m2 là
Phụ tải tính toán cho một tầng của chung cư là
P T = k đtT ¿ Đối với tải sinh hoạt, cosφ=0,9, tanφ = 0,484.
Phụ tải tính toán sinh hoạt cho tòa nhà chung cư 25 tầng là
Tính toán phụ tải động lực
Phụ tải thang máy
Công thức tính toán của thang máy được xác định theo biểu thức:
Trong đó: knctm: hệ số nhu cầu thang máy n: số lượng thang máy
Ptmi công suất thang máy thứ i
Pn.tm: công suất định mức của thang máy ԑ : hệ số tiếp điện của thang máy, chọn ԑ =0,6.
Pgi: công suất mạch điều khiển động cơ thang máy Pgi%.Ptmi
Xác định hệ số knctm
Bảng 1 1: hệ số nhu cầu thang máy
Chung cư có 3 thang máy lớn và 2 thang máy nhỏ Công suất định mức tương ứng là 7,5x2 và 25x3 k nctm =1
Công suất tính toán thang máy:
Phụ tải bơm kỹ thuật
Công thức tính toán của bơm kỹ thuật được xác định theo biểu thức:
Trong đó: knc.bom: hệ số nhu cầu bơm kỹ thuật n: số bơm.
Pbơm.i: công suất bơm thứ i.
Bảng 1 2: hệ số nhu cầu bơm kỹ thuật
Số lượng động cơ kncb Số lượng động cơ kncb
Nhóm 1: Cấp nước sinh hoạt
Số nhóm máy bơm là 11 vậy knc.bơm =0,7
Hệ số nhu cầu của 2 máy lấy bằng 0,9; [bảng 3.pl]
Pbơm2 = knc2.∑ Pi ni = 0,9.2.6,3,34 (kW)
Hệ số nhu cầu của 2 máy lấy bằng 0,9; [bảng 3.pl]
Pbơm3 = knc3.∑ Pi ni = 0,9.(4,5+4,5) = 8,1 (kW)
Hệ số nhu cầu của 2 máy lấy bằng 1; [bảng 3.pl]
Pbơm4 = knc4.∑ Pi ni = 0,9.(25+10) = 31,5 (kW)
Với 4 nhóm máy bơm nên theo bảng 3.pl ta có knc = 0,85 Tổng hợp phụ tải bơm ta có: kW
Tra bảng 9.pl[1] ta có hệ số công suất của các nhóm thiết bị động lực là cosφ=0,8 và tgφ=0,75
Tổng hợp phụ tải nhóm động lực
Pđl =knc.đl.(Ptm + Pbơm )
= 0,9.( 31,5+ 77,33 ) = 97,94 kW; đối với các thiết bị động lực như: máy bơm thì cosφ = 0,8 Với thang máy cosφ = 0,69 cos φ tb = P bơm Cosφ P + P tm Cosφ bơm + P tm = 76 , 68× 77 0 , , 68 7+77 + 77 , , 33 33 × 0 , 69 =¿ 0,695=> tan φ tb =1,034
Tính toán phụ tải chiếu sáng ngoài trời
Chiếu sáng trong chung cư bao gồm cả chiếu sáng trong nhà và ngoài trời Đối với chiếu sáng trong nhà, nó đã được tính toán và gộp vào phần tính toán phụ tải sinh hoạt, với hệ số kcc được áp dụng là 5% tổng công suất sinh hoạt.
Chiếu sáng bên ngoài là yếu tố quan trọng trong thiết kế, với tổng chiều dài chiếu sáng đạt 5 lần chiều cao của tòa nhà Suất công suất chiếu sáng được quy định là pocs2 = 0,03 kW/m.
Trong đó: Pocs: suất phụ tải chiếu sáng [W/m] l: Tổng chiều dài chiếu sáng ngoài trời 1= n.H.5 = 25.3,5.5 = 437,5 (m)
Công suất cần cho chiếu sáng Đối với phụ tải chiếu sang ta có cosϕ =0,85
Tổng hợp phụ tải toàn tòa nhà
Sử dụng phương pháp hệ số tham gia vào cực đại cho các 4 tải : chiếu sáng,động lực,sinh hoạt
Bảng 1 3: tổng hợp công suất và hệ số công suất
Phụ tải chiếu sáng động lực sinh hoạt Tổng
P.cosϕ 11 68 769 848,4634 Để tính toán tổng hợp phụ tải theo phương pháp hệ số tham gia cực đại
P ttmax : công suất tính toán của phụ tải lớn nhất ( P ttmax = P sh = 939 , 62kW )
P tti : công suất tính toán của các phụ tải còn lại k tmi : hệ số tham gia vào cực đại
Bảng 1 4: hệ số tham gia vào cực đại của một số nhóm tải sau:
Loại phụ tải Cực đại ngày Cực đại đêm
P tt ngày = P sh +( 0 , 5 P csN + 0 , 8 P đl ) ¿ 854 , 7+( 0 , 5.13,125+ 0 , 8.97 , 94)9 , 62(kW )
P tt đêm = P sh +( 0 , 9 P csN + 0 , 4 P đl ) ¿ 854 , 7+( 0 , 9.13,125+0 , 4.97,949)5 , 69(kW )
Vậy P tt = P tt ngày = 939,622(kW )
= P sh cos φ sh + P cs cos φ cs + P dl cos φ dl
P sh + P cs + P cs =848.463 965 , 77 =0,8785 tg φ tt =0,543
Q tt = P tt tg φ tt = 939,622.0,543Q0 , 9 kvAr
Phụ tải loại 1 gồm có : phụ tải động lực + phụ tải chiếu sáng ngoài+ phụ tải chiếu sáng trong
Spt1 =Sdl + Scsn +5% Ssh =200 , 13 kvA
Phụ tải loại 3 là phụ tải sinh hoạt
Tính toán bù công suất phản kháng
Các biện pháp bù công suất phản kháng
Phương pháp nâng cao hệ số cosφ tự nhiên nhằm giảm thiểu công suất phản kháng mà hộ tiêu thụ điện cần từ nguồn cung cấp Việc cải thiện cosφ tự nhiên giúp tối ưu hóa hiệu suất sử dụng điện và giảm chi phí năng lượng cho người tiêu dùng.
- Thay đổi và cải tiến quá trình công nghệ để các thiết bị điện làm việc ở chế độ hợp lý nhất
- Thay thế các động cơ làm việc non tải bằng những động cơ có công suất nhỏ hơn
- Hạn chế động cơ chạy không tải
- Ở những nơi công nghệ cho phép thì dùng động cơ đồng bộ thay cho động cơ không đồng bộ
- Thay biến áp làm việc non tải bằng máy biến áp có dung lượng nhỏ hơn
Phương pháp nâng cao hệ số cosφ cưỡng bức được thực hiện bằng cách lắp đặt các thiết bị bù công suất phản kháng tại các hộ tiêu thụ điện Các thiết bị này bao gồm máy bù và tụ bù, giúp cải thiện hiệu suất sử dụng điện và giảm tổn thất năng lượng.
Chọn thiết bị bù
Máy bù đồng bộ: chính là động cơ đồng bộ làm việc trong chế độ không tải
Máy bù đồng bộ mang lại nhiều lợi ích, bao gồm khả năng sản xuất và tiêu thụ công suất phản kháng trong mạng điện, giúp cải thiện hiệu suất hoạt động của hệ thống điện.
Máy bù đồng bộ có nhược điểm là cấu trúc quay, dẫn đến việc lắp ráp, bảo dưỡng và vận hành trở nên phức tạp Thông thường, máy bù đồng bộ được sử dụng để bù tập trung với dung lượng lớn.
Tụ bù điện: làm cho dòng điện sớm pha hơn so với điện áp do đó, có thể sinh ra công suất phản kháng cung cấp cho mạng điện
- Công suất nhỏ, không có phần quay nên dễ bảo dưỡng và vận hành
- Có thể thay đổi dung lượng bộ tụ bù theo sự phát triển của tải
- Giá thành thấp hơn so với máy bù đồng bộ.
Tụ bù rất nhạy cảm với biến động điện áp và có độ chắc chắn kém, dễ bị hư hỏng khi xảy ra ngắn mạch hoặc khi điện áp vượt quá mức cho phép Tuổi thọ của tụ bù có giới hạn và chúng có thể bị hỏng sau nhiều năm hoạt động.
Khi đóng tụ bù vào mạng điện, sẽ xuất hiện dòng điện xung Ngược lại, khi cắt tụ điện khỏi mạng, trên cực của tụ vẫn còn điện áp dư, điều này có thể gây nguy hiểm cho người vận hành.
- Sử dụng tụ bù điện ở các hộ tiêu thụ công suất phản kháng vừa và nhỏ (dưới
Lựa chọn vị trí và công suất bù
Dung lượng tụ bù được xác định theo công thức:
Qt=Ptt*(tanφ1-tanφ2) KVAR
- Ptt là công suất tính toán phụ tải.
- Hệ số công suất trước bù: Cosφ1 = 0,878 =≫ tanφ1 = 0, 543
- Hệ số công suất sau bù: Cosφ2 = 0,9 => Tanφ2 = 0,484
Qb = Ptt.(tg1 - tg2) 9,62.( 0,543-0,484) = 55,82 (kVAr)
Với dung lượng cần bù là: Qbù ∑ U,82(kVAr)
+ Tủ bù thanh cái gồm 2 tụ bù nền 3P/50KVAR/440V/50Hz đấu sao của Shamwha
Ta có công suất của phụ tải sau bù:
Trước bù Lượng bù Sau bù
Chọn dây và thiết bị bảo vệ cho mạch bù
- Chọn aptomat A2N cho tụ bù 50 kVAR có thông số: dòng điện định mức 80A, dòng điện cắt 5kA của ABB
-chọn dây theo I cp : chiều dài dây cho tổng các tụ là 4m
Từ kết quả trên ta chọn dây có dòng IcpA ,Tra trong bảng 4.13[2] đây là dòng cho phép của dây cáp PVC (3x22) do hãng CADIVI sản xuất
Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý bù tại thanh cái hạ áp
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CẤP NGUỒN VÀ TRẠM BIẾN ÁP 10 2.1 Lựa chọn phương án trạm biến áp
Vị trí đặt trạm biến áp
Ta đặt trạm biếp áp tại tầng hầm.
Chọn vị trí đặt trạm biến áp là ở tầng hầm bên trong chung cư, vì những lý do sau:
Tiết kiệm được một diện tích đất nhỏ.
Làm tăng tính an toàn cung cấp điện.
Tránh được các yếu tố bất lợi do thời tiết gây ra.
Dễ dàng điều khiển và vận hành khi gặp sự cố.
Lựa chọn dây dẫn đến trạm biến áp
Để kết nối từ điểm đấu điện trực tiếp từ lưới cấp điện áp 22kV đến trạm biến áp (TBA), cần lựa chọn dây dẫn lộ đơn và xác định tiết diện dây dựa trên phương pháp mật độ dòng kinh tế.
Nguồn cấp là dây 22 kV, TBA 22/0,4(kV) Khoảng cách từ điểm đấu điện đến trạm biến áp là 1200 m.
Chọn loại dây cáp với Tmax = 4720 h tra trong bảng 4.3[2] đối với dây cáp lõi đồng Jkt 2,7 (A/mm 2 )
Dòng điện lớn nhất chạy trên cáp bỏ qua tổn thất của TBA và các đường dây chính của chung cư là :
I lvmax = S tt Σ n √3 U = 1044,024√3 22 ',431( A ) Với n là số lộ đường dây, chọn sơ bộ 1 lộ đường dây
Tiết diện theo mật độ dòng kinh tế là:
Để đảm bảo độ bền cơ học, tiết diện cáp tối thiểu cần đạt 35mm² Do đó, chúng tôi lựa chọn cáp đồng 3 lõi đai thép với cách điện XLPE và vỏ PVC, cấp điện áp 24kV, do hãng Furukawa sản xuất, có tiết diện 35mm² Cáp được chọn đáp ứng đầy đủ các thông số kỹ thuật cần thiết.
Suất điện trở (Ω/Km) Dòng điện cho phép
2.1.2.1Kiểm tra điều kiện phát nóng cho phép.
Ta có dòng cho phép được đi qua dây cáp là :
Icp : là dòng điện cho phép của dây dẫn tiêu chuẩn, A
Ilvmax là dòng điện cực đại lâu dài trong dây dẫn, với A k1 là hệ số tính đến môi trường đặt dây dẫn (k1 = 1) và k2 là hệ số xem xét điều kiện ảnh hưởng của các dây dẫn đặt gần nhau (k2 = 1).
Thỏa mãn điều điện dòng điện cho phép
2.1.2.2Kiểm tra tổn thất điện áp cho phép.
∆UUđmL "
Dòng điện định mức(kA) : IđmCC = 32 > Icb = 29,427
Dòng điện cắt định mức(kA): ICđm 15> IN= 14,75
Công suất cắt định mức (MVA): SCđm=√ 3 I Cđm U đmMc 094,3>√ 3 I N U đmL a2,47
Vậy chọn cầu chì như trên là thỏa mãn
Dòng điện lớn nhất chạy qua máy biến dòng là:
Phụ tải thứ cấp của BI gồm
+Công tơ hữu công: 2,5 (VA)
+Công tơ vô công: 2,5 (VA)
Tổng các phụ tải: 6(VA)
Các đồng hồ có độ chính xác: 0,5
Vậy ta chọn 3 máy biến dòng trung áp 4MA74 do Siemens chế tạo có các thông số
Mã hiệu Uđm (kV) I1đm (A) I2đm (A)
Vậy ta có sơ đồ nguyên lý mạng điện chung cư
Hình 4 2- Sơ đồ nguyên lý mạng điện phía cao chung cư
THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN CỦA MỘT CĂN HỘ
Sơ đồ bố trí thiết bị gia dụng
Thiết kế cho một tầng điển hình của chung cư,phương án bố trí điện như sau:
Tại bếp đặt một bảng điện dung để đun nấu,cấp điện cho đèn nhà bếp,nhà WC,Sơ đồ mặt bằng điển hình cho tầng như sau:
Sơ đồ bố trí phòng 70mm2:
Sơ đồ bố trí phòng 100mm2:
Sơ đồ bố trí phòng 120mm2:
Hình 5.1 Sơ đồ bố trí mặt bằng của các căn hộ 70mm2, 100mm2, 120mm2
Thiết kế cho một tầng điển hình của chung cư,phương án bố trí điện như sau:
-Đặt một cầu dao tổng vào căn hộ
Mỗi phòng ngủ đặt một bảng điện cung cấp điện cho đèn, quạt, đài, tivi
5.2 Chọn thiết bị của mạng điện căn hộ
Dây dẫn của mạng điện trong nhà được sử dụng là dây cáp hoặc dây cách điện. Tiết diện dây dẫn được lựa chọn theo dòng điện cho phép:
IM – giá trị dòng điện làm việc cực đại chạy trên dây dẫn, được xác định theo biểu thức:
Dòng điện làm việc của thiết bị thứ i được ký hiệu là Ilv.i, trong khi hệ số đồng thời kđt phụ thuộc vào công suất và số lượng thiết bị điện được cung cấp Ngoài ra, ntbi là số lượng thiết bị được cung cấp bởi đoạn dây xét.
Icp – giá trị dòng điện cho phép cực đại của dây dẫn chọn.
Giá trị dòng phụ tải cho phép của dây dẫn được xác định theo biểu thức:
Icp - dòng điện cho phép ứng với từng loại dây dẫn, phụ thuộc vào nhiệt độ đốt nóng cho phép của chúng;
Dòng điện cho phép lâu dài của dây dẫn trong điều kiện bình thường được ký hiệu là Icp.n Hệ số hiệu chỉnh theo điều kiện thực tế được ký hiệu là khc, được tính bằng khc = k1k2.k3 Trong đó, k1 là hệ số phụ thuộc vào phương thức lắp đặt dây dẫn (tham khảo bảng 15.pl), k2 là hệ số phụ thuộc vào số lượng dây cáp đặt chung trong hào cáp (tham khảo bảng 16.pl), và k3 là hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình thực tế tại nơi lắp đặt, có thể xác định theo bảng 17.pl.
Giá trị dòng điện làm việc được xác định phụ thuộc vào loại mạng điện như sau:
Mạng điện một pha Mạng điện 2 pha mắc theo điện áp pha Mạng điện 3 pha
S – công suất truyền tải trên đường dây, kVA;
Un, Uph – điện áp dây và điện áp pha, kV.
Cáp sau khi chọn được kiểm tra:
Công suất tính toán cho căn hộ 70m 2
P căn = 12 ,5 kW Dòng tính toán trên dây dẫn tổng của căn hộ:
(+)Chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện phát nóng dây dẫn là :
Trong đó k 1 , k 2 là hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ Sơ bộ ta coi k 1 = k 2 =1.Ta chọn dây
2 PVC tiết diện 6 mm 2 , dòng cho phép I cp cA [bảng 18 pl (1)]
Công suất tính toán cho căn hộ 100m 2
P căn = 15 kW Dòng tính toán trên dây dẫn tổng của căn hộ:
(+)Chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện phát nóng dây dẫn là :
Trong đó k 1 , k 2 là hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ Sơ bộ ta coi k 1 = k 2 =1.Ta chọn dây
2 PVC tiết diện 10mm 2 , dòng cho phép I cp yA [bảng 18 pl (1)]
Công suất tính toán cho căn hộ 120m 2
P căn = 17 kW Dòng tính toán trên dây dẫn tổng của căn hộ:
Theo điều kiện hao tổn điện áp:
Hao tổn điện áp thực tế trên đường dây không được vượt quá giá trị cho phép:
P, Q - công suất tác dụng và phản kháng chạy trên đoạn cáp, kW và kVAr; r0 , x0 - suất điện trở tác dụng và phản kháng của đoạn cáp, /km; l - chiều dài đoạn cáp, km;
Un – điện áp định mức của đường dây, kV;
Hao tổn điện áp cho phép trên đoạn cáp, ký hiệu là ΔUcp, là 5% cho phụ tải chiếu sáng và 7,5% cho các phụ tải khác trong mạng hạ áp từ thanh cái trạm biến áp phân phối đến đầu vào thiết bị.
Để đảm bảo chế độ ổn định nhiệt khi có dòng ngắn mạch chạy qua tiết diện của cáp, giá trị này phải lớn hơn mức tối thiểu được xác định theo biểu thức.
Ik – giá trị dòng điện ngắn mạch ba pha chạy qua thiết bị, A; tk – thời gian tồn tại của dòng ngắn mạch, s;
Hệ số Ct của dây cách điện phụ thuộc vào loại vật liệu dẫn điện, như được chỉ ra trong bảng 25.pl Nếu không có thông tin cụ thể, có thể sử dụng giá trị trung bình từ bảng 6.1.
Bảng 5.1 Bảng giá trị hệ số C t
Cách điện Dân đồng Dây nhôm
Thiết kế cung cấp điện cho căn hộ bao gồm 1 phòng bếp, 1 phòng khách, 2 phòng ngủ và 1 phòng vệ sinh Bảng chọn dây dẫn và thiết bị bảo vệ sơ bộ được tham khảo từ bảng 6.2 dưới đây.
Bảng 5.2 Bảng chọn dây dẫn và thiết bị bảo vệ sơ bộ
T Tên thiết bị Số lượng
Dây dẫn Thiết bị bảo vệ
1 Ổ cắm 3 cực cho điều hòa 1 600W 2,5mm 2 Aptomat EA52G-
3 Ổ cắm cho thiết bị truyền thông + máy giặt
+ đèn ốp trần + đèn treo trần
8 Bình nước nóng 1 2500W 2,5mm 2 Aptomat EA52G-