Bài giảng Thiết kế điện công trình: Chương 3

Bài giảng Thiết kế điện công trình: Chương 3 trình bày các nội dung chính sau: Tính toán các tham số hệ thống điện, kết cấu mạng điện công trình, tính toán, lựa chọn các thành phần của hệ thống điện, lựa chọn tiết diện dây dẫn, lựa chọn thiết bị đóng cắt và bảo vệ mạch điện theo điều kiện phát nóng và điều kiện ngắn mạch. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm nội dung chi tiết của bài giảng.

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN CÁC THAM

SỐ HỆ THỐNG ĐIỆN

Chương này đề cập đến phạm vi cấp điện đối với mỗi cấp điện áp với chú ý về chiều dài của đường dây hạ thế để nhắc nhở người thiết kế lưu ý đưa trạm biến áp càng gần với phụ tải hạ thế càng tốt Trong chương này ta tiếp tục tìm hiểu về việc thiết lập sơ đồ điện nguyên lý của phần mạng điện sau máy biến áp hạ áp và tính toán lựa chọn các phần tử trong sơ đồ đó Mạng hạ áp chính là mạng cấp điện cho phụ tải từ sau máy biến áp của công trình có điện áp dưới 1000V

Căn cứ vào sơ đồ nguyên lý để chọn các phần tử trong sơ đồ như: tiết diện các loại dây, công suất và khả năng làm việc của các thiết bị đóng cắt, điều khiển và bảo vệ mạch điện, có tính chọn lọc cho người sử dụng điện và hoạt động của mạch điện

Bài 1: SƠ ĐỒ ĐIỆN NGUYÊN LÝ

Sơ đồ điện có các dạng chủ yếu là sơ đồ hình tia, sơ đồ phân nhánh và sơ đồ hỗn hợp

I Sơ đồ điện một nét:

Sơ đồ này chỉ thể hiện nguyên lý cấp điện chung từ nguồn đến phụ tải với các thiết bị đóng cắt

và các loại dây truyền dẫn điện bằng một nét vẽ

Loại sơ đồ này không chỉ rõ thiết bị một pha đang được sử dụng ở pha nào, chỉ phân biệt một pha và ba pha bằng cách ghi rõ điện áp sử dụng

1 Dạng hình tia:

MBA

SƠ ĐỒ HÌNH TIA KHÔNG CÓ DỰ PHÒNG

MFĐ CHUYỂN MẠCH BẰNG TAY HOẶC ATS

SƠ ĐỒ HÌNH TIA CÓ NGUỒN DỰ PHÒNG LÀ MÁY PHÁT ĐIỆN

2 Dạng phân nhánh

SƠ ĐỒ MBA- ĐƯỜNG DÂY CHÍNH

3 Dạng hỗn hợp:

MBA

TỦ ĐIỀU KHIỂN BÊN TRONG BIẾN ÁP

SƠ ĐỒ HỔN HỢP KHÔNG DỰ PHÒNG

MFĐ

CHUYỂN MẠCH BẰNG TAY HOẶC ATS

SƠ ĐỒ HỔN HỢP CÓ DỰ PHÒNG CHO TOÀN BỘ PHỤ TẢI

TỦ ĐIỀU KHIỂN TRONG TRẠM BIẾN ÁP

II Sơ đồ nhiều nét:

Khi yêu cầu biết rõ thiết bị điện đấu nối vào từng dây pha nào để phân bố công suất trên từng pha, chủ yếu là mạng hạ thế có nhiều thiết bị một pha cần đảm bảo sự cân bằng công suất điện trên các pha

Tên gọi và ký hiệu các loại mạng điện theo quy ước quốc tế như sau:

- Mạng TN: Mạng điện có trung tính nối đất trực tiếp, võ thiết bị điện nối với điểm trung tính (nối không)

- Mạng TN-C: Mạng TN có dây bảo vừa là dây trung tính

- Mạng TN-S: Mạng TN có dây bảo vệ và dây trung tính riêng biệt

- Mạng TN-SC: Mạng TN trong đó phần đầu của mạng có dây bảo vệ và dây trung tính chung, phần sau của mạng có dây bảo vệ và dây trung tính riêng biệt

- Mạng TT: Ký hiệu quốc tế của mạng có trung tính nối đất trực tiếp, vỏ thiết bị điện nối đất bảo vệ

- Mạng IT: Ký hiệu quốc tế của mạng có trung tính cách ly với đất, vỏ thiết bị điện được nối đất

`

L1 L2 L3

N

TBĐ 3 PHA TBĐ 1 PHA

MẠNG ĐIỆN 3 PHA TN-C L1, L2, L3 CÁC DÂY PHA, N DÂY TRUNG TÍNH, VÕ THIẾT BỊ TRỰC TIẾP NỐI ĐẤT

3

TBĐ 1 PHA

`

L1 L2 L3

PE

TBĐ 3 PHA TBĐ 1 PHA

MẠNG ĐIỆN 3 PHA TN-C-S

HỆ THỐNG SAN BẰNG ĐẲNG THẾ PEN DÂY TRUNG TÍNH VỪA LÀ DÂY BẢO VỆ

L1, L2, L3 CÁC DÂY PHA, N DÂY TRUNG TÍNH

3

TBĐ 1 PHA PEN

N

L1 L2 L3 N PE

3

MẠNG ĐIỆN 3 PHA TT L1, L2, L3 CÁC DÂY PHA, N DÂY TRUNG TÍNH, PE: SAN BẰNG ĐẲNG THẾ

`

L1 L2 L3

PE

3

MẠNG ĐIỆN TT CÓ MÁY CẮT DÒNG RÒ

1 NỐI ĐẤT LÀM VIỆC, 2 NỐI ĐẤT THIẾT BỊ, 3.NỐI ĐẤT BẢO VỆ, 4 MÁY CẮT DÒNG RÒ 4

BÀI 2 KẾT CẤU MẠNG ĐIỆN CÔNG TRÌNH

I Các loại dây dẫn điện:

- Dây dẫn điện trần: Loại dây dẫn điện làm từ vật liệu đồng, nhôm, hoặc thép kéo sợi để trần

không bọc cách điện Dây trần gây nguy hiểm cho người chạm trực tiếp và người đứng gần nơi đặt dây có điện áp cao nên chỉ sử dụng ở mạng đường dây trên không ngoài đô thị

- Dây dẫn điện bọc cách điện: Để đảm bảo an toàn cho người, khi truyền tải điện bên trong đô

thị hay bên trong công trình, dù mắc ở trên cao hay dưới thấp, thậm chí đặt ngầm trong đất hay trong tường người ta bắt buộc phải sử dụng dây bọc cách điện Dây bọc cách điện là loại dây bên ngoài có lớp dẫn điện bằng đồng hay nhôm là một hay nhiều lớp cách điện

- Cáp điện lực: Khi cần các loại dây dẫn điện có yêu cầu cách điện cao hơn, ngoài ra còn có

thêm các yêu cầu đặc biệt khác, người ta chế tạo cáp điện Cáp điện lực là loại cáp dẫn dòng điện công nghiệp phải chịu tác dụng của điện trường (điện áp) ở tần số 50Hz hoặc 60Hz, tác dụng của nhiệt độ và tác dụng về va chạm cơ học, về ăn mòn hoá học khi bố trí cáp trong không khí, trên mặt đất hoặc ngầm trong đất

Để giải quyết tác dụng đó, người ta tạo ra quanh ruột dẫn điện nhiều lớp bọc với vật liệu và tính năng khác nhau

II Phân phối điện năng trong công trình:

1 Cấp điện từ đường dây hạ thế ngoài nhà:

Đối với các phụ tải hạ thế phân tán nhỏ lẻ, ta sử dụng mạng đường dây hạ thế để phân phối điện năng Có thể sử dụng đường dây trên không hoặc cáp ngầm

a Nếu sử dụng đường dây trên không (ký hiệu ĐDK)

Cần phải trồng các trụ điện, lắp xà sứ và kéo dây Phân phối điện cho các công trình loại này sử dụng sơ đồMBA-đường dây chính cho các hộ tiêu thụ chủ yếu ở khu vực ngoại thành và nông thôn (nhược điểm là độ an toàn cấp điện kém) ĐDK điện áp đến 1000V là mạng phân phối hạ thế cho các hộ tiêu thụ nhỏ không quan trọng (hộ loại 3) phân bố theo dọc trục đường dây

Đường dây trên không có các bộ phận chủ yếu sau: Cột điện (trụ điện) làm từ các vật liệu gỗ, thép, bê tông cốt thép ; Dây dẫn điện của đường dây trên không sử dụng dây ruột đồng hoặc

ruột nhôm bọc cách điện, tiết diện dây tính theo điều kiện phát nóng và điều kiện tổn hao điện

áp Ngoài ra, tiết diện F phải đảm bảo độ bền cơ tính theo công thức:

𝐹 = M

5C = P.L

5C (mm2)

Trong đó: M - mômen phụ tải (kW.m);

P – công suất của phụ tải (kW);

L – chiều dài đường dây (m);

C – hệ số tính toán phụ thuộc vật liệu dây dẫn và số pha của lưới điện cho trong bảng sau:

Rack và sứ cách điện: Lắp trên trụ để đỡ dây dẫn điện

Lưu ý khi cung cấp điện cho các phụ tải công suất nhỏ, muốn rẽ dây vào một công trình, phải nối dây rẽ nhánh từ cột điện gần công trình đó nhất

b Nếu sử dụng dây cáp ngầm cấp điện cho các phụ tải:

Sử dụng đường dây cáp ngầm hạ thế cấp điện cho các hộ tiêu thụ cần lập các tủ phân phối điện của từng khu vực theo nhóm quy hoạch Dẫn điện từ trạm biến áp gần nhất đến các tủ phân phối khu vực bằng đường cáp ngầm và từ các tủ phân phối dẫn điện bằng đường cáp ngầm đến các công trình trong khu vực

2 Cấp điện cho công trình từ đường dây trung thế ngoài nhà:

Công trình có công suất trên 100KVA, cần thiết lập trạm biến áp hạ áp cho riêng công trình và cung cấp điện cho trạm biến áp từ đường dây trung thế Trạm biến áp được bố trí bên ngoài nhà: đặt trên trụ hoặc trên đất, khi công trình nằm gọn trong một toà nhà thì trạm biến áp bố trí trong tầng trệt hoặc tầng hầm của công trình

3 Cấp điện cho công trình từ các trạm biến áp:

Các trạm biến áp ngoài trời bố trí trên một cột hoặc hai cột, các trạm biến áp ngoài trời bố trí trên sàn hoặc trong các nhà riêng đều phải bố trí trong phạm vi đất xây dựng của công trình, không đặt trong vỉa hè hay đất công cộng

- Đối với các khu vực dân cư hoặc công trình công cộng xây mới ở đô thị, cần bố trí trạm biến áp trong nhà ngay trong khu vực quy hoạch phân lô

- Đối với các khu vực của đô thị có nhiều kiến trúc cao tầng, trạm biến áp được bố trí ngay bên trong công trình, đặt ở tầng hầm hoặc tầng trệt của công trình

- Điện áp đầu vào và đầu ra của trạm biến áp công trình phụ thuộc điện áp của phụ tải và điện áp lưới điện của khu vực

Khi xét đến mỹ quan đô thị, các trạm biến áp trong đô thị nên sử dụng loại trạm trong nhà Đường dây phân phối điện từ các trạm đến công trình nên sử dụng đường cáp ngầm

4 Đường dây trong nhà:

Đường dây trong nhà lấy từ đầu ra của máy biến áp đưa đến bảng điện chính và từ bảng điện chính dẫn điện đến các bảng điện phụ phân phối điện cho các phụ tải hạ thế dưới 1000V

a Bảng điện chính:

Khi dẫn điện vào công trình, nơi nhận điện từ máy biến áp là bảng điện chính của công trình Bảng điện chính là nơi bố trí bộ phận đóng cắt và bảo vệ cho nguồn trên đường dây chính khi phụ tải phía sau có sự cố, hệ thống các aptomat đóng cắt các mạch điện nhánh và công tơ hữu công đo đếm điện năng tiêu thụ Bảng điện chính đặt ở gần cửa ra vào hoặc sảnh chính của căn nhà Bảng điện chính gắn ngay sau CB của hộp điện kế ở độ cao cách sàn 1,3 m

- Nếu công trình có quy mô nhỏ, bảng điện chính là nơi nhận điện từ đường dây chính đưa đến qua công tơ và aptpmat tổng, từ sau aptomat tổng là các aptomat có dòng điện làm việc nhỏ hơn làm nhiệm vụ đóng cắt, bảo vệ các mạch nhánh để cấp điện cho các phụ tải Mạch nhánh là mạch cấp điện cho các nhóm phụ tải như thiết bị chiếu sáng, thông gió, bơm nước, thang máy hoặc là mạch nhánh cho đơn vị nhà ở, văn phòng Nếu mạch chính là ba pha thì mạch nhánh có thể là ba pha, có thể là một pha Nếu mạch chính là một pha thì mạch nhánh chỉ có điện một pha

Nguyên tắc khi cấp điện ba pha cho công trình là phải phân bố đều phụ tải ra ba pha sao cho công bằng

- Nếu công trình có quy mô lớn, bảng điện chính là hệ thống tủ điện, gồm tủ điện tổng nhận điện từ máy biến áp đưa đến, tủ phân phối với các aptomat đóng cắt từng mạch điện nhánh, tủ cầu dao đổi nối (ATS) nếu có máy phát điện dự phòng Vị trí tủ điện chính bố trí nơi thuận tiện cho việc sử dụng, theo dõi, kiểm tra, đóng cắt mạch khi có sự cố hoặc hoả hoạn Nơi đặt bảng điện có thể là phòng tủ điện, phòng phân phối của trạm biến áp ở tầng trệt hay tầng hầm của toà nhà

b Bảng điện phụ:

Là bảng điện trong từng phòng, bố trí gần cửa ra vào, bảng điện phụ bố trí toàn bộ thiết bị đóng cắt mạch điện trong một phòng Để thuận lợi cho người sử dụng, nên bố trí các công tắc rải rác trên tường ( cách sàn 1,3 m), bố trí ổ cắm điện ở độ cao cách sàn 0,2 – 0,3 m

c Đặt dây trong nhà:

Có thể sử dụng các hình thức đặt dây sau:

- Đặt dây nổi: dây điện được bố trí trong các ống nhựa tròn hoặc dẹp gắn nổi trên tường, trần

- Dây điện đặt nổi: Được đặt trong ống chuyên dùng ( ống gân bằng nhựa cứng không cháy hoặc khó cháy) chôn ngầm trong tường, sàn hoặc chôn ngầm trong đất Dây điện đặt trên giá đỡ gắn cố định trong các hộp gel đặt đứng hoặc đặt nằm ngang Đối với dây đặt trong ống ngầm thì ngoài việc tính tiết diện dây theo điều kiện phát nóng còn phải nhân cường

độ dòng điện cho phép đi trong dây với hệ số giảm nếu số dây trong cùng một ống tăng:

nhân với 0,68 nếu có 5-6 dây; nhân với 0,63 nếu có 7-9 dây; nhân 0,6 nếu có 10-12 dây Các mạch của cùng một tố máy, cùng một bảng điện, cùng một nhóm đèn với tổng số dây trong một ống không quá 8 sợi

Chú ý:

+ Các dây của mạch điện chiếu sáng làm việc và mạch điện chiếu sáng sự cố không được đặt chung một ống Không dùng dây ruột nhôm cứng để đặt ngầm vì nhôm dễ bi gãy

+ Các chỗ rẽ nhánh hoặc nối dây điện, cáp điện phải sử dụng đôminô hoặc hộp nối, ở các dây dẫn điện lớn, mối nối phải hàn hoặc ép bằng kẹp đặc biệt

+ Ở các khe lún, khe co dãn phải kéo dài thêm dây để dự phòng

+ Bố trí các bộ phận điều khiển đóng cắt bên ngoài

d Lựa chọn dây dẫn và cáp:

- Có cách điện phù hợp với điện áp của lưới điện được sử dụng

- Có tiết diện thoả mãn yêu cầu dòng diện của phụ tải theo điều kiện phát nóng, và thoả mản yêu cầu để điện áp của phụ tải không sụt giảm quá mức cho phép

- Có vỏ bảo vệ thoả mản yêu cầu lý hoá và độ bền cơ học tại nơi đặt chúng

- Dây điện đặt ngầm có ruột cứng nên chọn dây ruột đồng để tránh bị gãy ngầm

Khi đặt dây cần lưu ý:

+ Dây và cáp điện song song với đường ống dẫn nguyên liệu hoặc khí đốt ống dẫn hơi nóng hoặc

có nhiệt độ cao thì phải đặt trong các hộp gel riêng

+ Khi dây dẫn đi qua tường gỗ và tấm ngăn khô ráo thì cho phép đặt trong cùng một ống cách

điện

+ Khi dây dẫn đi từ phòng khô sang phòng ướt, hay từ phòng ẩm ướt này qua phòng ẩm ướt khác

thì mỗi dây phải đặt trong ống cách điện riêng Mối nối dây phải thực hiện trong phòng khô

+ Khi dây dẫn và cáp đi qua trần ngăn giữa các tầng phải đặt trong ống

+ Khi đặt dây ngầm trên lafont hoặc tầng áp mái, phải luồn dây trong ống không cháy và phải cố định chắc chắn

+ Dây cấp điện cho đèn chiếu sáng tầng hầm hoặc tầng áp mái, tầng kỹ thuật phải bố trí các bộ phận điều khiển đóng cắt mạch điện ở bên ngoài

III Các thiết bị đóng cắt, điều khiển và bảo vệ mạch điện:

1 Áptomát (Cầu dao tự động):

Áptomát (còn gọi là CB là viết tắt của Circuir Breakers) là thiết bị đóng cắt bằng tay và cắt tự động các các mạch điện có điện áp dưới 1000V Áptomát được sử dụng để bảo vệ quá tải và bảo

vệ ngắn mạch cho mạch hạ thế Các loại áptomát: áptomát đơn cực (1 cực 1P), áptomát một pha (2 cực 2P), áptomát ba pha ( 3 cực 3P)

2 Cầu dao chống rò: RCD

Cầu dao chống rò điện một pha và ba pha hoạt động theo nguyên tắc cân bằng dòng điện giữa dây pha và dây trung tính trong mạch điện Phần tử ngắt mạch làm từ nam châm vĩnh cửu Khi xảy ra chạm đất, dòng rò nhanh chóng đạt tới trị số của dòng định mức làm mất cân bằng điện áp giữa dây pha và dây trung tính, cầu dao chống rò sẽ ngắt ngay lập tức

3 Dao cách ly

Là thiết bị đóng cắt bằng tay có hai vị trí đóng và mở dùng để cắt mạch điện khi không tải, đảm bảo khoảng cách không nối điện giữa các cực điện thấy được rõ ràng Có loại dao cách ly một pha và dao cách ly ba pha

Dao cách ly trong mạch điện điện áp cao thường sử dụng để cắt không tải

Ở mạch hạ áp dao cách ly dùng kèm với CB để đảm bảo đóng và ngắt mạch điện an toàn

4 Thiết bị tự động chuyển đổi đóng ngắt mạch (ATS)

Sử dụng để tự động chuyển đổi mạch điện hoặc đóng ngắt nguồn dự phòng

5 Côngtắctơ

Khi cần đóng ngắt mạch điện liên tục với tần số đóng cắt cao (đến 12 lần/h) người ta sử dụng côngtắctơ

6 Cầu chì

Là thiết bị dùng để bảo vệ quá tải và ngắn mạch Thời gian cắt mạch của cầu chì phụ thuộc vào vật liệu làm dây chảy Dây chảy cầu chì làm bằng chì, hợp kim của chì và thiếc, kẽm, nhôm, đồng

7 Côngtắctơ cơ khí

Là thiết bị sử dụng để đóng ngắt mạch điện có cường độ dòng điện nhỏ dưới 5A ở điện áp pha đến 250V Côngtắctơ được bố trí trên dây pha của thiết bị sử dụng điện một pha

8 Ổ cắm điện

Là thiết bị lắp chờ sẵn trên mạng điện để cấp điện cho các thiết bị di động như tủ lạnh, bàn ủi, quạt đứng và các thiết bị gia dụng khác

BÀI 3: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CÁC THÀNH PHẦN

CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN

I Xác định phụ tải điện:

Tổng công suất yêu cầu (hay còn gọi là công suất đặt) của phụ tải gọi là ∑𝑃đ𝑚

∑ 𝑷đ𝒎= P cs + P sh + P oc +

Trong đó:

Pcs là tổng công suất của thiết bị chiếu sáng

Psh là tổng công suất của thiết bị sinh hoạt

Poc là tổng công suất của các ổ cắm ( hay còn gọi là công suất của nguồn dự phòng) + Với phòng có diện tích dưới 12m2 bố trí ít nhất hai ổ cắm điện một pha;

+ Với phòng có diện tích từ 12m2 đến 24m2 bố trí ít nhất 4 ổ cắm điện một pha, với căn phòng lớn hơn thì bố trí nhiều ổ cắm hơn Ổ cắm điện ba pha bố trí theo yêu cầu sử dụng của các thiết

bị cụ thể

Căn cứ công suất định mức (công suất đặt) và hệ số kc, kscủa từng phụ tải để tính ∑𝑃𝑡𝑡:

∑ 𝑷𝒕𝒕 = 𝑲𝒄 𝑲𝒔 ∑ 𝑷đ𝒎

Với : Kc là hệ số cần dùng;

Ks là hệ số đồng thời Các hệ số này cho sẵn trong phụ lục (1.1 đến 1.4) (khi tính tương đối có thể không tính đến hệ số đồng thời Ks)

II Tính chọn nguồn cấp điện

Chọn nguồn cấp điện cho công trình bao gồm chọn công suất nguồn, loại nguồn và vị trí đặt nguồn

1 Chọn công suất nguồn điện

• Căn cứ công suất tính toán để tính dung lượng tính toán của nguồn điện là trạm biến áp hạ áp

S tt = ∑ 𝑷𝒕𝒕

𝒄𝒐𝒔𝝋 Với cosφ là hệ số công suất của từng loại công trình, trị số này cho sẵn trong các bảng tra Theo quy định của bộ năng lượng, hệ số công suất trung bình ( cosφ ≥ (0,92 ÷ 0,95)) đối với tất cả các đơn vị khách hàng

• Công suất nguồn điện: Sđm ≥ Stt