Bài giảng Thiết kế điện công trình: Chương 4 trình bày các nội dung chính sau: Chống sét cho công trình, yêu cầu chống sét cho công trình, chống sét đánh thẳng, chống sét lan truyền, phạm vi chống sét, tính toán nối đất chống sét. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm nội dung chi tiết của bài giảng.
Trang 1Chương 4 : CHỐNG SÉT CHO CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG
I Khái niệm về sét và những nơi dễ bị sét đánh
1.Khái niệm
2.Những nơi dễ bị sét đánh
- Vùng đồi núi cao
- Vùng đất có mỏ kim loại, bờ sông, bờ suối,…
Nóc nhọn của tòa nhà, ống khói cao, ống thông gió, chòi, cột cờ,…
II .Hệ thống chống sét
Hệ thống chống sét có nhiệm vụ thu dòng điện sét đánh, dẫn và phân tán dòng sét thu được vào trong lòng Một hệ thống chống sét sẽ bao gồm 3 bộ phận chính sau:
- Bộ phận thu sét: có thể là kim thu sét (dùng cho những công trình có độ cao) hoặc là
lưới thu sét (dùng cho những công trình có diện tích rộng) có nhiệm vụ thu dòng điện sét đánh
- Bộ phận dẫn sét: có nhiệm vụ dẫn dòng điện sét thu được xuống đất
Bộ phận nối đất: có nhiệm vụ tản nhanh dòng điện sét thu được vào trong lòng đất
III.Phạm vị bảo vệ của kim thu sét
1.Phạm vi bảo vệ của một kim thu sé
: phạm vi bảo vệ của kim thu sét
: phạm vi bảo vệ tòa nhà
h : chiều cao của kim tính từ
mặt đất đến đỉnh kim
hx : chiều cao tòa nhà cần
bảo vệ
rx : bán kính vùng cần bảo vệ
tương ứng chiều cao hx
Sét là hiện tượng phóng tia lửa điện giữa hai đám mây tích điện trái dấu khi chúng lại gần nhau, hoặc giữa đám mây với nhà cửa, với cây cối và quặng kim loại dưới lòng đất,…
Chớp là những tia lửa điện phóng ra khi có sét
Sấm là tiếng nổ lớn gây ra do sự giãn nở đột ngột của không khí tại vùng không khí xung quanh nơi sét đánh
Cường độ dòng điện khi sét đánh có thể lên tới 200.000A
Nhiệt độ không khí trong rãnh sét có thể lên tới 10.000 0 C, do đó khi sét đánh xuống đất sẽ xuyên thủng một lớp đất và nung cát chảy thành thủy tinh có dạng hình ống dài mà thường được gọi là lưỡi tầm sét.
Trang 2Biết hx và h, tính rx :
−
−
=
3
2 h
h if , h h 75 , 0
3
2 h
h if , h 25 , 1 h 5 , 1
r
x x
x x
x
Biết hx và rx , tính h:
+
+
=
67 , 2 r
h if , 75 , 0
h 75 , 0 r
67 , 2 r
h if , 5 , 1
h , 1 r h
x
x x
x
x
x x
x
Ví dụ:
Một đài nước cao 20m, trên đỉnh có lắp một kim thu sét dài 2m Đài nước đặt trong một bồn nước tròn có bán kính 3m Hỏi toàn bộ đài nước có được bị sét đánh không, nếu không thì hãy tính chọn lại chiều cao của kim?
Lời giải:
=
= +
=
m x
m m m 20
h
22 2 20
3
2 22
20 h
h x
=
x x
1,5 20 -22 0,75
h h 75
,
0
r
=
=
−
=
Trang 3Do rx = 1,5m < 3m nên đài nước không an toàn khi có sét => tính chọn lại chiều cao của kim:
=
=
m x
m x
3
r
20
h
3
20 r
h x
=>
( )m
x x
24 75 , 0
0,75.20 3
75 , 0
h 75 , 0 r
h
= +
=
+
=
=> Chiều cao của kim thu sét:
24 m – 20 m = 4 m
2.Phạm vi bảo vệ của hai kim thu sét cùng chiều cao
: 2 kim thu sét cùng chiều cao
: cung tròn giới hạn phạm vi bảo vệ
: tòa nhà cần được bảo vệ
: vùng bảo vệ của 2 kim
h : chiều cao kim tính từ mặt đất đến đỉnh kim
hx : chiều cao tòa nhà cần bảo vệ
rx : bán kính vùng cần bảo vệ tương ứng chiều cao hx
a : khoảng cách giữa 2 kim
h0 : chiều cao bảo vệ thấp nhất tại nơi giao nhau vùng bảo vệ của 2 kim
bx : bề ngang nhỏ nhất tại nơi giao nhau vùng bảo vệ của 2 kim
Tính h0 :
2 2
0 4 h 9 h 0 , 25 a
h = − +
Trang 4Tính chiều cao mỗi kim:
2 2
0
0 0 , 183 h 0 , 0357 a h
571
,
0
h= + +
Tính rx khi biết hx và h:
−
−
=
3
2 h
h if , h h 75 , 0
3
2 h
h if , h 25 , 1 h 5 , 1
r
x x
x x
x
Tính bx khi biết hx và h0:
−
−
=
3
2 h
h if , h h 75 , 0
3
2 h
h if , h 25 , 1 h 5 , 1
b
0
x x
0
0
x x
0 x
Tính h0 khi biết hx và bx :
+
+
=
67 , 2 b
h if , 75 , 0
h 75 , 0 b
67 , 2 b
h if , 5 , 1
h , 1 b
h
x
x x
x
x
x x
x 0
Tính h khi biết hx và rx :
+
+
=
67 , 2 r
h if , 75 , 0
h 75 , 0 r
67 , 2 r
h if , 5 , 1
h , 1 r
h
x
x x
x
x
x x
x
Ví dụ: Cho ngôi nhà như hình vẽ, tính chiều cao của 2 kim thu sét
Lời giải:
2 kim thu sét chỉ có thể bảo vệ được ngôi nhà khi đồng thời thỏa cả 3 điều kiện sau:
( ) ( ) ( )
3 3
b
2 25 , 4
r
1 11
h
m x
m x
m 0
Trang 5Xét điều kiện (1) :
Chiều cao bảo vệ thấp nhất h0 tối thiểu là 11m, như vậy có thể chọn h0 = 11m
=>
( )m 12,32 20
0357 , 0 0,183.11 0,571.11
a 0357 , 0 h 183 , 0 h 571
,
0
h
2 2
2 2
0 0
= +
+
=
+ +
=
Xét điều kiện (2) :
Chiều cao của toàn bộ ngôi nhà là (2 m +9 m =11 m) Trong đó mái nhà là 2 m, chỉ cần 2 kim bảo
vệ được cho thân nhà cao 9 m là có thể bảo vệ được toàn bộ tòa nhà, do đó có thể chọn chiều
cao cần bảo vệ là h x = 9 m
Bán kính vùng bảo vệ tương ứng chiều cao hx theo như hình vẽ là r x = 4,25 m
25 , 4
9 r
h
x
=>
( )m 14,24 5
, 1
1,9.9 4,25
5 , 1
h , 1 r
= +
=
+
=
Xét điều kiện (3) :
Bề ngang nhỏ nhất tại nơi giao nhau vùng bảo vệ của 2 kim tối thiểu phải bằng 3m, do đó có
thể chọn b x = 3 m
3
9
b
h
x
=>
( )m 13 75 , 0
0,75.9 3
75 , 0
h 75 , 0 b
= +
=
+
=
=>
( )m 14,14 20
0357 , 0 0,183.13 0,571.13
a 0357 , 0 h 183 , 0 h 571
,
0
h
2 2
2 2
0 0
= +
+
=
+ +
=
Để thỏa đồng thời 3 điều kiện, chúng ta chọn h = max = 14,24 m
=> Chiều cao của mỗi kim:
(2 9 ) 3 , 24( )m 24
,
14 m− m + m =
Trang 6CHƯƠNG IV: HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ
CUNG CẤP ĐIỆN CÔNG TRÌNH
Bài 1: KHÁI QUÁT VỀ THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CÔNG TRÌNH
- Khi thiết lập hệ thống điện cho công trình đòi hỏi phải nghiên cứu bản vẽ thiết kế kiến trúc, ý đồ của người sử dụng, công năng của công trình để tính toán và bố trí đủ công suất của hệ thống cấp điện cho công trình cũng như trang thiết bị sử dụng, trang thiết bị đóng cắt và bảo vệ, chọn lựa và bố trí dây cấp điện hợp lý, mỹ quan, an toàn, tránh thiếu hụt và dư thừa lãng phí
1 Chọn thiết bị điện hợp lý, thiết bị đóng cắt bảo vệ chính xác bố trí đúng chỗ
2 Xác định đúng công suất sử dụng điện của từng thiết bị điện
3 Chọn lựa tiết diện các dây dẫn điện và bố trí dây hợp lý, rành mạch, an toàn, mỹ quan, và
dễ thay thế sửa chữa
4 Lấy công suất của phụ tải làm căn cứ để chọn công suất tram hạ áp làm công suất nguồn
5 Chọn vị trí bố trí nguồn hợp lý với phụ tải và công năng của công trình
6 Chọn vị trí bố trí nguồn hợp lý, phù hợp về mặt cung cấp điện, an toàn, mỹ quan, dễ dàng thay thế, sửa chữa, bảo trì, đảm bảo an toàn phòng chống cháy nổ
III Cơ sở để thiết kế cấp điện công trình:
1 Toàn bộ bản vẽ kiến trúc công trình (mặt bằng, các mặt cắt, mặt đứng)
2 Bản vẽ vị trí và điện áp của các trạm biến áp, đường dây hạ áp, trung áp và cao áp gần công trình (có khả năng cấp điện cho công trình)
3 Yêu cầu cấp điện cho công trình
4 Khả năng về điện dự phòng
Trang 7Bài 2: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CẤP ĐIỆN CHO CÔNG TRÌNH
- Tính phụ tải điện
- Thiết lập bản vẽ mặt bằng kiến trúc
- Tính toán lựa chọn các loại đèn, bố trí đen theo yêu cầu chiếu sáng qui định và nhu cầu của người sử dụng cho từng căn phòng
- Chọn và xác định vị trí bố trí các thiết bị đóng mở đèn
- Chọn và bố trí các thiết bị điện sinh hoạt cố định (quạt trần, quạt hút gió, điều hòa không
khí, máy đun nước nóng….)
- Chọn và bố trí các ổ cấm điện (sử dụng các thiết bị không cố định như: ti vi, tủ lạnh, bàn
ủi, quạt bàn, quạt đứng và các thiết bị gia dụng khác)
- Lập bảng liệt kê thiết bị điện trong từng phòng (đối với xí nghiệp sản xuất tính cho từng phân xưởng)
- Tính tổng công suất đặt của tất cả các phụ tải (∑Pđ)
- Tính tổng công suất tính toán cho toàn công trình (∑Ptt)
II Thiết lập mặt bằng bố trí thiết bị điện cho công trình kiến trúc:
- Vẽ mặt bằng bố trí thiết bị điện chiếu sáng và các thiết bị điện sinh hoạt, bố trí dây dẫn điện từ nguồn đến các thiết bị điện tiêu thụ cho từng phòng, từng tầng của công trình và mặt bằng tổng thể cho chiếu sáng ngoại vi
- Vẽ mặt bằng bố trí các thiết bị điện khác bao gồm mặt bằng thiết bị điện sản xuất cho từng phân xưởng, từng công đoạn sản xuất của xí nghiệp của nhà máy
III Chọn loại nguồn điện, điện áp, công suất và vị trí đặt nguồn:
- Căn cứ tổng công suất tính toán (∑Ptt) của phụ tải để chọn công suất nguồn điện, loại nguồn điện, số pha, vị trí đặt nguồn điện
- Căn cứ điện áp của lưới điện cung cấp và điện áp của thiết bị sử dụng điện để chọn điện
áp cho nguồn điện (MBA)
- Căn cứ phương án cấp điện hợp lý (theo công năng, theo yêu cầu an toàn cung cấp điện)
để xác định yêu cầu về nguồn điện dự phòng (có cần nguồn điện dự phòng hay không, cần loại nguồn gì, khả năng đóng mở mạch tự động hay bằng tay)
IV Thiết lập sơ đồ cấp điện:
- Vẽ sơ đồ cấp điện cho từng phòng, từng phân xưởng Các sơ đồ này cần chi tiết đến từng phụ tải và chỉ rõ công suất yêu cầu của từng phụ tải, hướng cấp điện cũng như vị trí và khả năng làm việc của các thiết bị đóng cắt bảo vệ trên từng nhánh mạch điện
- Vẽ sơ đồ cấp điện tổng thể cho toàn công trình Trong sơ đồ thể hiện nguồn điện, nguồn
dự phòng, thiết bị đóng mở nguồn dự phòng, hướng cấp điện đến bảng điện phụ, bảng điện ánh sáng trong từng phòng, từng phân xưởng
V Tính toán tiết diện các loại dây dẫn có trong sơ đồ điện:
- Xác định tiết diện các dây cấp điện
- Chọn công suất, điện áp, dòng điện làm việc…., của các thiết bị đóng cắt và bảo vệ mạch theo sơ đồ cấp điện
Trang 8❖ Tóm tắt:
▪ Các bước tính toán, lựa chọn, thiết kế cung cấp điện công trình:
- Bước 1: Tìm hiểu nhu cầu điện của công trình kiến trúc
o Tính phụ tải điện
o Chọn mặt bằng kiến trúc của các căn hộ chung cư
- Bước 2: Tính toán, lựa chọn các loại đèn, bố trí đèn theo yêu cầu chiếu sáng qui định và nhu cầu của người sử dụng
- Bước 3: Chọn và bố trí các thiết bị điện sinh hoạt cố định (quạt trần, máy lạnh, máy nước nóng…)
- Bước 4: Chọn và bố trí các ổ cắm điện (sử dụng cho các thiết bị không cố định)
o Phòng khách: bố trí 4 ÷ 5 ổ cắm trên từng cách sàn 0,3(m)
S ≤ 12 (m2) ⟹ Chọn số ổ cắm = 2 (cái) 12(m2)≤ S < 24(m2) ⟹ Chọn số ổ cắm = 2 ÷ 4 (cái)
o Phòng ngủ: bố trí 4 ổ cắm
o Phòng ăn: bố trí 2 ổ cắm điện
o Bếp: bố trí ngay trên tường bếp, cách mặt bếp 0,2(m) ÷ 0,3(m), 2 bộ ổ cắm 2 pha 3 cực (mỗi bộ 2 ổ cắm điện)
- Bước 5: Tính công suất điện chiếu sáng và công suất điện sinh hoạt
∑P tt = K c P nhóm căn hộ
∑P tt = K c (P cs + P sh ) ⟹ S tt = ∑𝑷𝒕𝒕
𝒄𝒐𝒔𝝋⟹ chọn nguồn cung cấp(MBA);chọn nguồn dự phòng (MPĐ)
- Bước 6: Thiết lập sơ đồ cấp điện (đi dây điện)
- Bươc 7: Tính chọn tiết diện dây dẫn và thiết bị đóng cắt bảo vệ mạch điện
o Tính tiết diện dây nhánh trên từng thiết bị điện 1 pha (chỉ tính theo điều kiện phát nóng vì dây bố trí trong căn hộ ngắn)
o Tính tiết diện dây cho máy lạnh, máy nước nóng
o Tính tiết diện dây chính
- Bước 8: Tính chọn thiết bị đóng cắt, bảo vệ mạch điện
o Chọn CB đặt tại mỗi phòng trong căn hộ
o Chọn CB cho máy lạnh, máy nước nóng, máy bơm nước
Tính I CB Máy lạnh = I ML 𝑲𝒕
𝜶
o Chọn CB tổng
❖ Note: Đối với hộ gia đình ta có thể tính tương đối số lượng đèn và máy lạnh theo công
thức sau
1) Công thức tính số lượng bóng đèn:
Đọ rọi = 𝑷đè𝒏 (𝑾) 𝑸𝒖𝒂𝒏𝒈 𝒕𝒉ô𝒏𝒈 đè𝒏 (
𝒍𝒎
𝒎 ) 𝒔ố 𝒍ượ𝒏𝒈 đè𝒏 𝒔ử 𝒅ụ𝒏𝒈 𝑫𝒊ệ𝒏 𝒕í𝒄𝒉 𝒄ầ𝒏 𝒄𝒉𝒊ế𝒖 𝒔á𝒏𝒈 (𝒎𝟐) ⟹
Số lượng đèn cần dùng = 𝑫𝒊ệ𝒏 𝒕í𝒄𝒉 𝒄ầ𝒏 𝒄𝒉𝒊ế𝒖 𝒔á𝒏𝒈(𝒎𝟐) Độ 𝒓ọ𝒊
𝑪ô𝒏𝒈 𝒔𝒖ấ𝒕 đè𝒏 (𝑾) 𝑸𝒖𝒂𝒏𝒈 𝒕𝒉ô𝒏𝒈 đè𝒏 (𝒍𝒎𝒎)
Trang 9Với: Quang thông đèn là hiệu năng phát sáng trên 1(W) của đèn do nhà cung cấp
công bố những quang hiệu (Quang thông(lm/w) = Hiệu suất chiếu sáng (lm/w))
▪ Đối với hệ thống chiếu sáng sử dụng đèn Led hộ gia đình:
o Phòng khách: E (lux) = 250 ÷ 300
o Phòng ngủ: E (lux) = 100 ÷ 200
o Phòng bếp: E (lux) = 200 ÷ 300
o Phòng WC: E (lux) = 150 hoặc 180 ÷ 200
o Sân: E (lux) = 100
o Phòng học: E (lux) = 600
Số lượng đèn cần dùng = 𝑫𝒊ệ𝒏 𝒕í𝒄𝒉 𝒄ầ𝒏 𝒄𝒉𝒊ế𝒖 𝒔á𝒏𝒈(𝒎𝟐) Độ 𝒓ọ𝒊
𝑪ô𝒏𝒈 𝒔𝒖ấ𝒕 đè𝒏 (𝑾) 𝑸𝒖𝒂𝒏𝒈 𝒕𝒉ô𝒏𝒈 đè𝒏 (𝒍𝒎𝒎)
Quang thông(lm/w) = Hiệu suất chiếu sáng (lm/w)
Nếu:
- Tính chiếu sáng cho hộ gia đình, văn phòng làm việc ta chọn
Hiệu suất chiếu sáng = 70 ÷ 90 (lm/w)
- Tính chiếu sáng cho nhà xưởng (đèn công nghiệp), chiếu sáng ngoài trời, sàn thể thao, những nơi cần độ sáng cao
Hiệu suất chiếu sáng = 100 ÷ 110 (lm/w)
- Đối với đèn Led có Pđ = 5(w); hiệu suất chiếu sáng = 70 ÷ 90 (lm/w)
- Đối với đèn Led có Pđ = 18(w); hiệu suất chiếu sáng = 100 (lm/w)
- Đối với đèn Led có Pđ = 20(w); hiệu suất chiếu sáng = 100 ÷ 110 (lm/w)
2) Công thức tính máy lạnh:
𝟗𝟎𝟎𝟎
1 (m 3 ) ≈ 200(BTU)
Với:
V (m 3 ): thể tích máy lạnh V(m 3 ) = D(m) R(m) C(m)
D(m): chiều dài máy lạnh R(m): chiều rộng máy lạnh C(m): chiều cao máy lạnh
Bài tập: Cho căn hộ loại 1 có các phòng sau: 1 phòng khách, 2 phòng ngủ, 1 bếp, 1 WC
Với:
- Điều kiện nhiệt độ môi trường 37oC, ρtr = 0,7; ρt = 0,5
- Kích thước: Chiều cao các phòng H = 3 (m)
Phòng khách: D = 4,6 (m); R = 3,6 (m) Phòng ngủ: D = 3,6 (m); R = 3,6 (m) Phòng bếp D = 2 (m); R = 2,8 (m) a) Tính lựa chọn đèn, bố trí đèn theo yêu cầu chiếu sáng sử dụng đèn
Trang 10Led 18(w) – 220 (V), bố trí ổ cắm điện
b) Tính công suất phụ tải điện chiếu sáng, công suất điện sinh hoạt
c) Tính chọn tiết diện dây dẫn đến các đèn, ổ cắm, máy lạnh, máy nước nóng, máy hút mùi, quạt hút gió, đèn trang trí
d) Vẽ sơ đồ điện nguyên lý
e) Tính chọn CB trong sơ đồ sa cho đảm bảo tính chọn lọc